Kvanttimaailman pienin värähtelyanturi

Hiilinanoputkia ja magneettisia molekyylejä pidetään tulevaisuuden nanoelektroniikan rakennuspalikoina. Niiden sähköisillä ja mekaanisilla ominaisuuksilla on siinä tärkeä rooli.

Karlsruhe Institute of Technologyn tutkijat ja heidän ranskalaiset kollegat Grenoblesta ja Strasbourgista ovat nyt löytäneet tavan yhdistää molemmat komponentit atomitasolla ja rakentaa kvanttimekaaninen järjestelmä jossa on uusia ominaisuuksia.

Kokeiluissaan tutkijat asettivat hiilinanoputken mikrometrin päässä toisistaan olevan kahden metallielektrodin väliin siten, että se saattoi värähdellä mekaanisesti. Sen oheen liitettiin orgaaninen molekyyli, jolla on magneettinen spin, koska siihen sisältyi metalliatomi.

Kun spiniin suunnattiin ulkoinen magneettikenttä, sen suunta muuttui, ja syntynyt sysähdys siirtyy hiilinanoputkeen jolloin se alkaa värähdellä. Värinä muuttaa putken atomien etäisyyksiä ja näin ollen sen johtokykyä, jota käytetään sitten liikkeen mittana.

"Tässä asetelmassa osoitimme, että putken värähtelyihin vaikuttaa suoraan se, että spin käännetään rinnakkaiseksi tai poikittaiseksi magneettikenttään nähden", kertoo, KIT työryhmän vetäjä Mario Ruben instituuttinsa tiedotteessa.

Vahva magneettisen spin ja mekaanisen värähtelyn vuorovaikutus avaa mielenkiintoisia sovellusmahdollisuuksia. Sitä on ehdotettu muun muassa määrittämään yksittäisten molekyylien massoja ja mittaamaan nanomittojen magneettisia voimia. Myös käyttö kvanttitietokoneen bittinä voisi olla mahdollista.