Naukowcy z IBM Research opracowali nową technikę kontroli magnetyzmu pojedynczego atomu miedzi. Otworzyli w ten sposób drogę do przechowywania i przetwarzania informacji przez jądra atomowe.
W artykule opublikowanym dzisiaj w czasopiśmie Nature Nanotechnology, zespół badaczy z IBM Almaden Research Center wykazał, że może kontrolować magnetyzm jądra pojedynczego atomu, wykonując spektroskopię magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR).
IBM ogłosił, że ta kontrola magnetyczna może doprowadzić do przechowywania informacji w jądrze pojedynczego atomu, zamieniając samo jądro w urządzenie czterostanowe. Dla porównania, pamięć magnetyczna następnej generacji, taka jak pamięć typu MRAM, wymaga około 100 000 atomów do przechowania jednego bitu na urządzeniu dwustanowym lub binarnym.
NMR jest procesem, który leży u podstaw rezonansu magnetycznego (MRI). To technika która nieinwazyjnie ujawnia szczegółowe obrazy ciała. NMR jest również narzędziem stosowanym do określania struktury cząsteczek. Po raz pierwszy badacze przeprowadzili NMR za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego (STM), nagrodzonego Noblem wynalazku od IBM.
STM może obrazować i pozycjonować każdy atom, aby zbadać, w jaki sposób NMR zmienia się i reaguje na lokalne środowisko. Poprzez skanowanie końcówki metalowej igły STM skaningowy mikroskop tunelowy może wykrywać kształt pojedynczych atomów i przenosić atomy do wybranych układów. Wykonywanie NMR na pojedynczym atomie wymaga dwóch głównych kroków. Najpierw naukowcy spolaryzowali kierunek magnetyczny jądra. Następnie manipulowali jego magnetyzmem, stosując fale radiowe emanujące z końcówki igły.
Fale radiowe są dostrajane dokładnie do naturalnej częstotliwości jądra. Atomy miedzi są szeroko stosowane w codziennym życiu, od przewodów elektrycznych w domach po obwody w mikrochipach. Przydatność miedzi wynika z jej wyjątkowej zdolności do przewodzenia energii elektrycznej. Magnetyczne właściwości miedzi są jednak znacznie mniej znane. Kiedy zmniejszymy technologię do skali atomowej, pojedynczy atom miedzi może stać się magnetyczny. Zależy to od tego, jak wchodzi w interakcje z sąsiednimi atomami, które utrzymują miedź.
W eksperymencie IBM naukowcy przyłączyli atom miedzi do powierzchni złożonej z tlenku magnezu. Magnetyzm pojawił się dzięki elektronom znajdującym się w atomie miedzi. Te elektrony krążą wokół jądra – „serca” atomu – który również jest magnetyczne. IBM użył elektronu krążącego wokół jądra jako komunikatora, i sterownika. Elektron wewnątrz atomu miedzi „komunikuje się” z jądrem, aby popchnąć jądro do punktu w pożądanym kierunku, a następnie wyczuwa obrany kierunek.
[Źródło: venturebeat.com; grafika: IBM]
Czytaj też: Naukowcy stworzyli najsilniejsze w historii kontrolowane pole magnetyczne
