Atomiytimen spinin hallinta sähköisesti

23.03.2020

UNSW-ytimen-spinin-hallinta-sahkolla-275-t.jpgTaiteilijan näkemys siitä, kuinka nanometrin mittakaavan elektrodia käytetään yksittäisen ytimen kvanttitilan paikalliseen hallintaan piisirun sisällä.

Ryhmälle UNSW Sydneyn insinööreille tapahtunut onnellinen sattuma laboratoriossa on johtanut läpimurtolöytöön, joka ei ainoastaan ratkaise yli puoli vuosisataista ongelmaa mutta jolla on merkittäviä vaikutuksia kehittää kvanttitietokoneita ja antureita.

"Tämä löytö tarkoittaa, että meillä on nyt reitti rakentaa kvanttitietokoneita käyttämällä yhden atomin spiniä ilman, että niiden toimintaan tarvitaan värähtelevää magneettikenttää", sanoo UNSW:n Scientia Professor of Quantum Engineering Andrea Morello. "Lisäksi voimme käyttää näitä ytimiä erinomaisen tarkkoina sähkö- ja magneettikenttien antureina tai tutkia kvanttitieteen peruskysymyksiä."

Sillä, että atomiytimen spiniä voidaan hallita sähköllä magneettikentän sijasta, on kauaskantoisia seurauksia. Magneettikenttien luominen vaatii suuria käämejä ja suuria virtoja, samalla kun fysiikan lakien mukaan magneettikenttiä on vaikea rajata hyvin pieniin tiloihin.

Ydinmagneettinen resonanssi (NMR) on laajalti käytetty tekniikka esimerkiksi lääketieteen, kemian tai kaivostoiminnan parissa. Magneettiresonanssin edelläkävijä ja Nobel-palkittu Nicolaas Bloembergen ehdotti menetelmää jo vuonna 1961. Siitä lähtien menetelmään on etsitty sähköistä ohjaus/mittausmenetelmää.

Sähkökentät voidaan tuottaa pienenkin elektrodin kärkeen ja ulottuvuusiin. Tämä tekisi nanoelektronisiin laitteisiin sijoitettujen yksittäisten atomien hallinnan paljon helpommaksi.

Erikoista oli että professori Morello ei ollut täysin tietoinen siitä, että hänen ryhmänsä oli murtanut tämän pitkäaikaisen ongelman. Hänelle ei ollut tullut edes mieleen etsiä sitä. Aihe on ollut melkein lepotilassa yli puoli vuosisataa, sen jälkeen kun ensimmäiset osoitusyritykset osoittautuivat liian haastaviksi.

Hänen tutkijansakin olivat alun perin ajatelleet suorittaa ydinmagneettisen resonanssin yhdelle antimoniatomille - elementille, jolla on suuri ytimen spin. Heidän alkuperäinen tavoite oli tutkia kvanttimaailman ja klassisen maailman rajaa, asettamalla ydinspin kaoottiseen käyttäytymiseen. Kyseessä oli puhtaasti uteliaisuuden ohjaama projekti ilman sovellusta mielessä.

"Kun aloitimme kokeilun, huomasimme että jotain oli vialla. Ydin käyttäytyi hyvin omituisesti. Tämä hämmensi meitä hetkeksi, kunnes meillä oli 'eureka-hetki' ja tajusimme ajavamme sähköistä resonanssia magneettisen resonanssin sijasta," toteaa Dr Vincent Mourik.

Tällaisissa tutkimuksissa luodaan koerakenne, jolla korkeataajuinen magneettikenttä ohjaa atomin ydintä. Kokeessa käytetään niin suurta virtaa, että antenni hajoaa. Normaalisti pienemmillä ytimillä, kuten fosforilla antennin hajoamisen jälkeen koe on ohi ja rakenne joutaa heittää pois.

Mutta antimonin ytimen kanssa kokeilu jatkui. Ilmeni, että vaurion jälkeen antenni loi voimakkaan sähkökentän magneettikentän sijasta, Joten löysimme "sähköisen ydinresonanssin".

"Tämä saavutus avaa löytöjen ja sovellusten aarreaitan", iloitsee professori Morello. "Luomassamme järjestelmässä on tarpeeksi monimutkaisuutta tutkia, miten klassinen maailma, jota päivittäin koemme, ilmaantuu kvanttivaltakunnasta.

Lisäksi voimme käyttää sen kvanttikompleksisuutta rakentaa tuntuvasti herkempiä sähkömagneettisten kenttien antureita. Ja kaikki tämä yksinkertaisella piistä valmistetulla rakenteella, jota ohjataan pieniin metallielektrodeihin johdetuilla jännitteillä!"

28.03.2024Kertakäyttöiset tekoälyanturit terveyden seurantaan
27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä
15.03.2024Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen
14.03.2024Elektronit vedessä ja särkyneinä
13.03.2024Sateenvarjo atomeille
12.03.2024Magnetismilla energiatehokasta laskentaa
11.03.2024Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä
09.03.2024Elektroniikkaromusta kultaa edullisesti
09.03.2024Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen
07.03.2024Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille
06.03.2024Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn
05.03.2024Palonkestävä natriumakku
04.03.2024Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit
01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
29.02.2024Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille
21.02.2024Uusi laji magnetismia
20.02.2024Hyppivät atomit muistavat missä ne ovat olleet
19.02.2024Puolipallon muoto aurinkokennoon
17.02.2024Perovskiittiä vihreän vedyn tuotantoon
16.02.2024Fotoniikan nanovalmistusta printterillä
15.02.2024Neuromorfisia näkösensoreita
14.02.20242D-materiaaleista heterorakenteita
13.02.2024Magneettisten supervoimien vapauttaminen
12.02.2024Kvanttiedulla liikkuva maali
10.02.2024Antureita ympäristöhaittojen seurantaan
09.02.2024Kohti kvantti-internetiä ja kvanttiviestintää
08.02.2024Tehokkaita röntgensäteitä ja ultraviolettivaloa
07.02.2024Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus
06.02.2024Laskentaa valoaalloilla
05.02.20243D-tulostettu elektroninen iho ja näyttö
03.02.2024Läpimurto kvanttipisteisissä aurinkokennoissa
02.02.2024Äänikäyttöiset anturit säästävät miljoonia paristoja
01.02.2024Energiankeruuta ja kuvantamista samanaikaisesti
31.01.2024Pitkään kestäviä grafeenin laaksotiloja kubiteille
30.01.2024Pinoa neuroverkkojärjestelmiä rakennelohkoista
29.01.2024Vihreiden ledien tehokkuus paremmaksi
27.01.2024Ultranopea vetyvuodon anturi
26.01.2024Uusi ehdokas yleismuistiksi
25.01.2024Teollisesti valmistettava kvanttimuisti
24.01.2024Ensimmäinen topologinen kvanttipiiri
23.01.2024Grafeenista vihdoin toiminnallinen puolijohde
23.01.2024Lämpösähköä esineiden Internetille
20.01.2024Polttokenno toimii maaperässä ikuisesti
19.01.2024Tutkijat loivat loogisen kvanttiprosessorin
18.01.2024Kvanttilomittuminen ja topologia ovat erottamattomia
17.01.2024Tutkimus tasoittaa tietä paremmille metalliakuille
16.01.2024Ihmisen kuulojärjestelmä mallina yksijohtimiselle anturiryhmälle
15.01.2024Todennäköisyyspohjaisia tietokoneita ja tekoälyä
13.01.2024Valo välittää dataa sata kertaa nopeammin kuin Wi-Fi
12.01.2024More than Moore -konsepti
11.01.2024Korkeamman lämpötilan suprajohteiden kytkentää
10.01.2024Hiili tehostaa 2D-elektroniikkaa
09.01.2024Stokastista synkronia salaukseen ja neuroneille
08.01.2024Polymeeristä syntyy katalyyttikide
06.01.2024Kuupölystä aurinkokennoja
05.01.2024Kvanttipisteisiä aurinkosähkökennoja
04.01.2024Plasmoneita ja tekoälyä terahertsitutkimuksiin
03.01.2024Vetyä ja polymeeriä akkuihin
02.01.2024Aivomainen transistori jäljittelee ihmisen älykkyyttä
01.01.2024Yhdistetty "kilparata" mahdollistaa uuden optisen laitteen
29.12.2023Liukuvaa ferrosähköisyyttä ja timantteja
28.12.2023Magneto-optista materiaalia pii-integrointiin
27.12.2023Kvanttipisteanturi ei tarvitse ulkoista teholähdettä
22.12.2023Sähköistävä parannus kuparin johtavuuteen
21.12.2023Yksittäisestä 2D-materiaalista suprajohtava liitos
20.12.2023Nanoresonaattorit avaavat tietä kvanttiverkoille
19.12.2023Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja
18.12.2023Atomintarkkaa 2D-materiaalien integrointia
16.12.2023Kvanttiakuissa rikotaan kausaliteetti
15.12.2023Hierarkkinen generatiivinen mallinnus autonomisille roboteille
14.12.2023Uusi näkemys moniarvoisten akkujen suunnitteluun
13.12.2023Optisella langattomalla ei ehkä enää ole esteitä
13.12.2023Fyysikot kvanttilomittavat yksittäisiä molekyylejä
12.12.2023Edullista tribosähköä ja aurinkokenno puumateriaalista
08.12.20232D-materiaaleista 3D-elektroniikkaa tekoälylaitteistoihin
07.12.2023Fotonikomponentteja RF-signaalin käsittelyyn
06.12.2023Elektromagnoniikasta uusi tiedonkäsittelyn alusta
05.12.2023Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn
04.12.2023Lämpöä voidaan käyttää laskentaan
01.12.2023Askel biologian ja mikroelektroniikan integroinnille
30.11.2023Josephson-liitosten käyttö supravirran ohjaamiseen
29.11.2023Mikrotekniikkaa ja molekyylikemiaa aurinkokennoille
28.11.2023Materiaalien kehittelyä koneoppisella
27.11.2023Kaksiulotteisia magneetteja tietotekniikalle
25.11.2023Uusi jäähdytysmekanismi jääkaapeille ja jäähdytyslaitteille

Näytä lisää »