物理学：小磁铁在单个原子的核心突破！
位于韩国基础科学研究所（IBS）的量子纳米科学中心（QNS）的研究人员通过检测单个原子的核磁性或“核自旋”，取得了重大的科学突破。在与IBM Research，牛津大学和国际伊比利亚纳米技术实验室的国际合作中，QNS科学家首次使用先进和新颖的技术来测量表面上单个原子的核自旋。
通常，描述原子核心磁性的核自旋只能在非常大的数量中被检测到。今天发表在“科学”杂志上的研究结果表明，现在对于表面上的单个原子也是如此。为此，该团队在IBM Research使用扫描隧道显微镜，该扫描隧道显微镜由原子级尖锐的金属尖端组成，允许研究人员对单个原子进行成像和探测。
在这项工作中研究的两个元素，即铁和钛，是在原子核心中可以具有不同数量的中子的原子，这些是所谓的同位素。只有每种元素的某些同位素具有核自旋核。测量单个原子的核自旋通常非常困难。传统上需要大量的核自旋，这使得这一进步如此值得注意。
为了检测单个原子核心内核自旋的存在，该团队利用了超精细相互作用。这种现象描述了单个原子的核自旋与其电子对应物之间的耦合，这通常更容易获得。该研究的第一作者，量子纳米科学中心（QNS）的Philip Willke博士说：“当我们将原子的超精细相互作用移到表面上的不同位置或者我们移动其他原子时，它们发生了变化。在这两种情况下，原子的电子结构发生变化，核自旋使我们能够发现它。”
研究人员计划将这种超精细相互作用的敏感性用作化学环境中的量子传感器。”核旋转已经用于医院MRI机器的生物成像。”QNS的Yujeong Bae博士也是本研究的合着者。“同样，在我们的实验中，核自旋允许我们测量原子和分子的电子结构的性质，否则它们将被隐藏。”
从长远来看，QNS的研究人员希望将信息存储在原子的核自旋中。去年，与IBM的合作成功地使用仅一个钬原子的电子自旋来存储，读取和写入一些数字信息。以同样的方式，核自旋可以作为亚原子尺度的位。该团队还计划使用他们的技术来测试量子计算的途径。虽然仍处于早期开发阶段，但量子计算有望在数据库管理，搜索和优化等任务中大大优于传统计算机。核自旋是这些量子比特的优秀候选者，因为它们通过原子壳与环境隔离良好，这是量子信息设备的要求。
“我对这些结果感到非常兴奋。这无疑是我们领域的一个里程碑，对未来的研究具有非常有希望的意义。”QNS主任Andreas Heinrich教授说。“通过解决个别核自旋问题，我们可以更深入地了解物质结构，开辟新的基础研究领域。”
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