科学家稳定单一钬原子的磁矩

时间：2021-09-30 11:58:02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.