Forskare vid Delft University of Technology har lyckats oberoende manipulera två olika typer av magnetism inom en enda atom. Resultaten är relevanta för utvecklingen av extremt små former av datalagring. I tid, denna nya upptäckt kan göra det möjligt att lagra två bitar av information i en atom.

Magnetismen hos en atom är resultatet av elektroner som kretsar runt atomkärnan. Dessa rotationer kan delas in i två kategorier. "Jämför det med jorden som kretsar runt solen, ”förklarar forskningsledaren Sander Otte.” Å ena sidan, jorden kretsar runt solen, vilket tar ett år. Å andra sidan, jorden roterar också runt sin egen axel, vilket leder till dag/natt -cykeln. "Det är samma sak med en elektron som kretsar runt en atom:rotationen runt atomkärnan kallas orbitalvinkelmomentet och elektronens rotation runt sin egen axel kallas spinnvinkel fart eller, kortfattat, snurra.

Orbitalriktning

Var och en av dessa rörelser kan, i princip, användas för att lagra information. Orbitalrotationen, till exempel, kan vara medurs eller moturs. Dessa två rotationsriktningar kan alltså representera 0 och 1 för bit. Snurren har också två möjliga rotationsriktningar. Så i teorin borde du kunna lagra två bitar information i en enda atom. "I praktiken, dock, det här är ganska svårt, "Otte fortsätter." Om du vänder omloppsriktningen, spinnriktningen ändras nästan alltid med det - och vice versa. "

Delftstudien, utförs i samarbete med spanska och chilenska forskare, gör det möjligt att bara vända orbitalriktningens riktning utan att det påverkar centrifugeringsriktningen. Det faktum att detta nu har uppnåtts beror på ett fenomen som en gång förutspåtts av Einstein och den nederländska fysikern Wander Johannes de Haas. Enligt denna Einstein-de Haas-effekt, vändningen av orbitalriktningen kan också kompenseras av en omätligt liten rotation av miljön - i detta fall den metallbit som atomen tillhör. Denna effekt hade inte tidigare observerats på skalan för en enda atom, än mindre att den skulle kunna tillämpas för att manipulera atommagnetism.

Perfekt separation

Forskarna använde en skanningstunnelmikroskopi, där en mycket skarp nål skannar atomer och kan till och med flytta dem efter behag. Vanligtvis, en magnetatom kommer i kontakt med flera närliggande atomer, som stör magnetismen. Otte och hans team uppnådde den perfekta åtskillnaden mellan snurrningen och den omloppsrotation de behövde genom att placera en magnetisk järnatom exakt ovanpå en enda, icke-magnetisk kväveatom. Genom att göra så, de skapade en idealisk geometri som sällan inträffar spontant i naturen.

Möjligheten att lagra bitar i enskilda atomer skulle öka den nuvarande maximala lagringskapaciteten med många tusen gånger. Dock, Otte varnar för att atomlagring fortfarande är långt borta. "Huvudresultatet är att vi har tagit ytterligare ett steg framåt i vår förmåga att kontrollera atomer och till och med elektronerna som kretsar runt dem. Det är ett underbart mål i sig."