Радиосигналом, поданным через иглу сканирующего туннельного микроскопа, физики Делфтского технического университета (Нидерланды) изменили ориентацию ядерного спина у одного-единственного атома. Работа вышла 24 октября в журнале Nature Communications, объектом опыта стал атом изотопа титан-47 на поверхности образца.

У атома два источника магнетизма. Основной дают электроны, а у некоторых ядер есть и собственный спин — он намного слабее, зато гораздо лучше защищён от внешнего мира. «Самый сильный магнетизм идёт от электронов», — пояснил руководитель группы Сандер Отте. Раньше команда работала со спином электрона, а ядерный видела только косвенно: через сверхтонкое взаимодействие, которое квантово запутывает спины ядра и электрона.

Теперь исследователи приспособили к одиночному атому метод двойного магнитного резонанса. На атом одновременно подают два сигнала: один настроен на электрон, другой — на ядро. Каждому допустимому повороту спина соответствует своя частота, и у ядра эти частоты в 100–1000 раз ниже, чем у электрона. Ведущий автор Хестер Веннема сравнивает это с гитарой: чтобы зазвучала нужная струна, надо сыграть именно её ноту. Ядерный спин удалось перевернуть и тогда, когда его связь с электроном была слабой, — по словам авторов, это условие для прямого управления ядром в режиме долгоживущих состояний.

Практический интерес к таким спинам связан с квантовыми технологиями. Благодаря изоляции от окружения ядерный спин долго сохраняет состояние, поэтому его рассматривают как ячейку для надёжного хранения квантовой информации. Обратная сторона той же изоляции — ядро трудно контролировать и считывать, и управление им может дать новые способы записи и чтения таких данных.

Механизм эффекта пока не объяснён. «Ядерный спин вообще не должен реагировать на электрические сигналы туннельного микроскопа», — отметил Отте. Следующий шаг группа видит в том, чтобы разобраться, почему эксперимент сработал.