Физики подслушали «разговор» двух атомов

Атомы оказывают влияние друг на друга за счет спинов своих электронов. Теперь ученые смогли перехватить это «общение» и лучше понять взаимодействия между атомами в материалах.
Физики подслушали «разговор» двух атомов
TU Delft/Scixel

Чтобы проследить взаимодействие между двумя атомами в материале, физикам пришлось буквально заставить их обменяться информацией. В этом ученым помог туннельный микроскоп

Атомы могут реагировать друг на друга. Особенно хорошо это видно в случае с магнитными атомами. Каждый из них имеет свой суммарный спиновый момент, который складывается из направления спинов электронов на орбиталях вокруг ядра. Приближаясь друг к другу, атомы могут отталкиваться, как два одноименных полюса магнитов. Но согласно законам квантовой механики, каждый спин может одновременно находиться в двух положениях, то есть в суперпозиции. Это означает, что между атомами возможна передача квантовой информации.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В большем масштабе такой обмен информацией между атомами может придать материалу уникальные свойства, такие как сверхпроводимость. Этот эффект хорошо изучен в материалах с простой структурой, но в сложных системах его изучение вызывает трудности. Для того, чтобы попытаться объяснить подобные явления, ученым необходимо иметь возможность фиксировать обмен квантовой информацией между атомами.

В новом исследовании авторы использовали туннельный микроскоп, чтобы проникнуть глубже в суть этого явления. В этом устройстве тонкая игла, прикрепленная к движущейся платформе, буквально «сканирует» поверхность образца и измеряет туннельный ток, который начинает течь между атомами поверхности и иглы при очень маленьком расстоянии между ними.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Исследователи использовали это устройство, чтобы поместить два атома титана на расстоянии чуть более одного нанометра друг от друга. На таком расстоянии спины атомов могут взаимодействовать друг с другом. Но просто так атомы не стали «общаться». Тогда исследователи решили воздействовать на одну из частиц коротким, но мощным электрическим импульсом. В результате физики наблюдали прекрасное квантовое взаимодействие. Авторы предполагают, что результаты их работы помогут улучшить устойчивость кубитов квантовых компьютеров к шуму.