在单个原子中存储两位数据

在隧道显微镜的针下研究了艺术家对原子的印象。自旋和轨道角动量分别由小箭头和大箭头指示。

代尔夫特理工大学的研究人员已经成功地在一个原子内独立地操纵了两种不同类型的磁性。结果与开发极小的数据存储形式有关。随着时间的推移，这一新发现可能使在一个原子中存储两位信息成为可能。

原子的磁性是围绕原子核运动的电子的结果。这些轮换可以分为两类。研究负责人桑德·奥特（Sander Otte）解释说：“将其与绕太阳公转的地球进行比较。”“一方面，地球绕着太阳公转，这需要一年的时间。另一方面，地球也绕其自身的轴旋转，这导致昼夜循环。”电子围绕原子旋转也是如此：围绕原子核的旋转称为轨道角动量，而电子绕其自身轴的旋转称为自旋角动量，或者简称为自旋。

轨道方向

这些运动中的每一个原则上都可以用来存储信息。例如，轨道旋转可以是顺时针方向或逆时针方向。因此，这两个旋转方向可以表示一个位的“ 0”和“ 1”。自旋还具有两个可能的旋转方向。因此，从理论上讲，您应该能够在单个原子中存储两位信息。“但是，在实践中，这非常困难，” Otte继续说道。“如果反转轨道方向，则自旋方向几乎总是随之变化，反之亦然。”

与西班牙和智利研究人员合作进行的代尔夫特研究使仅反转轨道方向的方向而不影响自旋方向成为可能。现在已经实现这一事实的原因是爱因斯坦和荷兰物理学家瓦德·约翰内斯·德·哈斯（Wander Johannes de Haas）曾经预测过一种现象。根据这种爱因斯坦·德·哈斯效应，轨道方向的逆转也可以通过环境的不可估量的小旋转来补偿，在这种情况下，原子属于该金属片。以前从未在单个原子的规模上观察到这种效应，更不用说可以将其应用于操纵原子磁性了。

完美分离

研究人员使用了扫描隧道显微镜，其中非常锋利的针头可以扫描原子，甚至可以随意移动它们。通常，磁性原子与几个相邻的原子接触，这会破坏磁性。奥特和他的团队通过将磁性铁原子精确地定位在单个非磁性氮原子的顶部，实现了所需的自旋和轨道旋转之间的完美分离。通过这样做，他们创造了一种理想的几何形状，而这种几何形状自然很少会自然发生。

将位存储在单个原子中的能力将使当前的最大存储容量增加数千倍。但是，Otte警告说，原子数据存储还有很长的路要走。“主要结果是，我们在控制原子，甚至绕其旋转的电子的能力上又迈出了一步。就其本身而言，这是一个很棒的目标。”

参考：Rasa Rejali，David Coffey，Jeremie Gobeil，Jhon W.González，Fernando Delgado和Alexander F. Otte撰写的“由单个电子完全逆转原子的非轨道轨道矩”，2020年8月27日，npj Quantum Materials.DOI：
10.1038 / s41535-020-00262-w