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科学家稳定单一钬原子的磁矩

时间:2021-09-16 17:25:03 来源:

扫描隧道显微镜在铂表面上使单个钬原子可见。(照片:kit / t。Miyamachi)

Karlsruhe理工学院的研究人员对单个原子钻头进行了大的一步,表明在高导电金属基板上的单个钬原子的磁矩可以达到分钟的寿命。

一个原子等于一位:根据这种设计原则,我们想在将来构建磁性数据存储器。目前,需要一种数百万原子的化合物来稳定磁盘,以便硬盘数据持续多年的安全性。然而,来自套件的研究人员迈出了一个迈向一个原子钻头的一步:它们在表面上固定一个原子,使得磁性旋转保持稳定,10分钟。他们的报告发表在当前的自然杂志上。

“经常,固定在基板上的单个原子如此敏感,即其磁取适用于仅限微秒(200纳秒)的级数稳定,”Karlsruhe技术研究所(Kit)Wulf Wulfhekel解释说。与哈尔的同事一起,他现在已经成功地将这个时期扩展了大约十亿到几分钟。“这不仅开辟了设计更紧凑的电脑记忆的可能性,而且也可能是量子计算机设置的基础,”Wulfhekel说。量子计算机基于原子系统的量子物理性质。理论上至少,它们的速度可能超过古典计算机的几个因素。

在实验中,研究人员将单个钬原子放入铂基板上。在接近绝对零的温度下,即在约1度的开尔文中,使用扫描隧道显微镜的细尖来测量原子的磁取向。磁性旋转仅在约10分钟后发生变化。“因此,系统的磁旋转稳定在比可比较原子系统长约10亿倍的时期,”Wulfhekel强调。对于实验,施加了一种新型扫描试剂盒的显微镜。由于其特殊的冷却系统,对于靠近绝对零的温度范围,它几乎无振动,允许长测量时间。

“为了稳定磁矩,需要更长的时间,我们抑制了周围环境对原子的影响,”来自Max Planck的微观结构物理学研究所的亚瑟恩斯特解释说。他对实验进行了理论计算。通常,基板和原子的电子机械地相互作用,并使原子旋转在微秒内或甚至更快。当在低温下使用钬和铂时,由于量子系统的对称性特性,排除了干扰的相互作用。“原则上,就旋转散射而言,钬和铂彼此看不见,”恩斯特说。现在,可以调整钬旋转,并且可以通过外部磁场写入信息。这将是开发紧凑数据存储器或量子计算机的先决条件。

出版物:Toshio Miyamachi,等,“通过对称稳定单一钬原子的磁矩”,自然503,242-246(2013年11月14日); DOI:10.1038 / Nature12759

图片:Kit / T。Miyamachi.


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