Физики подслушали «разговор» двух атомов
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.
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.
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.
Статья опубликована в журнале Science.
