یک تکنیک جدید به محققان اجازه می دهد تا مغناطیس را در عمق یک اتم دستکاری کنند.
دانشمندان از امواج رادیویی برای کنترل چرخش مغناطیسی یک هسته اتمی استفاده کرده اند و به نتیجه ای دست یافته اند که درک آنها از نحوه عملکرد مغناطیس اتمی را به چالش می کشد. این آزمایش در دانشگاه صنعتی دلفت انجام شد و در سال انتشار یافت ارتباطات طبیعت، نشان داد که چرخش هسته ای را می توان تحت شرایطی دستکاری کرد که محققان انتظار نداشتند آن واکنش نشان دهد.
برخلاف مغناطیس نسبتا قوی مرتبط با الکترون ها، مغناطیس هسته ای بسیار ضعیف است و بیشتر از محیط اطراف خود جدا شده است. ساندر اوت، محقق ارشد، می‌گوید: «تا کنون، قوی‌ترین مغناطیس از الکترون‌ها ناشی می‌شود. اما در برخی از اتم‌ها، هسته یک اسپین را نیز حمل می‌کند. این اسپین بسیار ضعیف‌تر است، اما در مقابل دنیای بیرون نیز بسیار بهتر محافظت می‌شود.
یک پاسخ غیرمنتظره از هسته اتم
برای مطالعه مغناطیس در مقیاس اتمی، تیم Otte از یک میکروسکوپ تونلی روبشی اصلاح شده استفاده کرد که قادر به هدایت سیگنال های الکتریکی به اتم های منفرد بود. آزمایش‌های قبلی عمدتاً اسپین الکترون را بررسی کرده‌اند که تشخیص و دستکاری آن آسان‌تر است. اسپین هسته ای را می توان به طور غیرمستقیم از طریق برهم کنش فوق ریز مشاهده کرد، یک جفت کوانتومی بین خواص مغناطیسی الکترون و هسته.
در آخرین آزمایش، هستر ونما و همکارانش دو سیگنال را به طور همزمان اعمال کردند، یکی به سمت الکترون و دیگری به سمت هسته. با بررسی اثرات آنها به طور جداگانه، محققان دریافتند که می توانند اسپین هسته ای را معکوس کنند حتی زمانی که تا حد زیادی از اسپین الکترون جدا شده باشد. این با انتظارات آنها مبنی بر عدم پاسخ مستقل هسته به سیگنال های الکتریکی میکروسکوپ در تضاد بود.
اوت می گوید: «در درک ساده ما، این واقعاً نباید اتفاق بیفتد. اسپین هسته ای به هیچ وجه نباید به سیگنال های الکتریکی از میکروسکوپ تونل زنی روبشی حساس باشد.
کنترل مغناطیس اتمی با فرکانس های دقیق
محققان این کنترل را با تطبیق رزونانس مغناطیسی مضاعف، یک تکنیک شناخته شده، برای کار با یک اتم به دست آوردند. این روش به آنها اجازه داد تا با استفاده از سیگنال‌های تنظیم‌شده با رزونانس مغناطیسی مربوطه، هسته و الکترون را به طور مستقل مورد بررسی قرار دهند. در مکانیک کوانتومی، یک اسپین می‌تواند بین حالت‌های مجاز مشخص تغییر کند و هر انتقال به سیگنالی با فرکانس مناسب نیاز دارد.
Venema توضیح می دهد: «می توانید آن را با سیم های یک گیتار مقایسه کنید. “هر اسپین اسپین ممکن مانند یک ریسمان با نت خاص خود است. شما باید دقیقا نت مناسبی را برای ایجاد ارتعاش در یک سیم بنوازید. “نت”های اسپین هسته ای صد تا هزار برابر کمتر از اسپین های الکترون هستند.”
مفاهیم ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی
اسپین های هسته ای نامزدهای امیدوارکننده ای برای ذخیره سازی اطلاعات کوانتومی هستند زیرا به خوبی در برابر آشفتگی های خارجی که می توانند حالت های کوانتومی ظریف را مختل کنند، محافظت می شوند. توانایی کنترل یک اسپین هسته‌ای منفرد ممکن است در نهایت از روش‌های جدیدی برای ذخیره و خواندن اطلاعات کوانتومی پشتیبانی کند، اگرچه کاربردهای عملی همچنان یک امکان آینده است.
در حال حاضر، این آزمایش یک سوال اساسی را بی پاسخ می گذارد: چه مکانیسم فیزیکی به اسپین هسته ای اجازه می دهد تا زمانی که جفت شدن آن با اسپین الکترون برای توضیح رفتار مشاهده شده کافی نیست، پاسخ دهد؟ درک این فرآیند مستلزم مطالعه بیشتر است.
اوت می‌گوید: «پس به تابلوی نقاشی برگردیم. علم واقعاً اینگونه عمل می کند. همیشه چیز جدیدی برای درک وجود دارد.”
مرجع: “رزونانس مغناطیسی هسته‌ای تک اتمی کاوشگر محلی” توسط هستر جی. ونما، کریستینا میر، اورت دبلیو استولت، لئونارد ادنز، جین وون لی و ساندر اوته، 24 اکتبر 2026، ارتباطات طبیعت.
DOI: 10.1038/s41467-026-78801-5
هرگز پیشرفتی را از دست ندهید: به خبرنامه SciTechDaily بپیوندید.
ما را در Google و Google News دنبال کنید.
