Fizicienii au măsurat în timp real pulsul magnetic al unui atom

Bătăile magnetice ale „inimii” unui atom au fost cronometrare pentru prima dată în laborator, pe măsură ce acesta oscila între două stări cuantice.

Fizicienii au folosit un microscop cu scanare prin tunelare pentru a observa electronii care se mișcau în sincron cu nucleul unui atom de titan-49, reușind astfel să estimeze durata ritmului său magnetic izolat.

„Aceste descoperiri oferă o perspectivă la scară atomică asupra naturii relaxării spinului nuclear și sunt relevante pentru dezvoltarea platformelor de qubiți asamblați atomic”, notează cercetătorii în studiul lor.

Spinul este o proprietate cuantică fundamentală, asemănătoare cu momentul unghiular clasic, care joacă un rol esențial în magnetism și stă la baza calculului cuantic, unde servește drept „bit” de informație, cunoscut sub numele de qubit.

Problema este că starea de spin nuclear, rezultată din interacțiunea colectivă a numeroase particule subatomice, este extrem de sensibilă la mediul înconjurător. A înțelege caracteristicile acestei stări înainte de a fi perturbată ar putea deschide calea pentru noi tipuri de qubiți.

Pentru a o observa fără a o altera direct, echipa condusă de Evert Stolte și Jinwon Lee, de la Universitatea de Tehnologie Delft, a folosit interacțiunea hiperfină dintre electroni și nucleu drept indicator indirect. Spre deosebire de măsurătorile anterioare, prea lente pentru a surprinde dinamica spinului nuclear, cercetătorii au dezvoltat o tehnică bazată pe impulsuri: microscopul măsura atomul pe perioade scurte, separate de pauze, în loc de o monitorizare continuă.

Experimentul a fost realizat pe izotopul stabil titan-49, apreciat în fizica nucleară pentru proprietățile sale magnetice și spinul puternic, ușor de manipulat. În cadrul acestui regim, oamenii de știință au observat în timp real comutarea spinului, afișată pe ecranele computerului. Oscilația se producea la un interval de circa cinci secunde – o frecvență suficient de lentă pentru a putea fi măsurată precis.

„Am demonstrat că această comutare corespunde trecerii spinului nuclear dintr-o stare cuantică în alta și înapoi”, a explicat Stolte. „Primul pas în orice frontieră experimentală este să reușești să măsori fenomenul, iar noi am reușit asta pentru spinul nuclear la scară atomică.”

Studiul a fost publicat în Nature Communications.

[sursa]