科學家成功操控單原子中電子自旋方向

【資料簡介】

科學家成功操控單原子中電子自旋方向

 雖然許多科學家們認為，在制造下一代更快、更小、更的計算機和高技術設備上，新興的電子自旋技術將勝過傳統電子技術，但電子自旋對單原子的影響至今尚無從觀察。而推出的《自然—納米技術》（Nature Nanotechnology）網絡版上，美國俄亥俄大學和德國漢堡大學的科學家們展示了他們獲得的電子不同自旋狀態下的單個鈷原子圖像。
    為獲得這個圖像，研究人員使用一臺在其探針的涂覆有金屬鐵的特制隧道掃描顯微鏡，對一個金屬錳盤上的鈷原子進行了操縱。借助這個特制探針，通過改變單個鈷原子在錳板表面的位置，使鈷原子中電子自旋的方向產生了變化。捕捉到的圖像顯示，當原子中的電子自旋方向向上時，整個原子的形狀呈單突狀；若自旋方向向下，則整個原子形狀呈雙突狀，且兩者等高。
    這項研究表明，通過對單個金屬原子的操控，科學家具有了探測和操縱單原子中電子自旋方向的能力，這將極大地影響納米級磁存儲器、量子計算機和自旋電子器件的未來發展。研究小組主要成員之一、俄亥俄大學納米和量子研究所的物理和天文學副教授薩瓦·拉表示，電子的不同自旋方向可代表數據存儲的不同狀態，目前計算機存儲器單元需要的原子數量成千上萬，未來也許用單個原子就能滿足需求，同時將計算機的能力提高數千倍。而且，與電子器件不同的是，基于電子自旋的器件不會產生熱量，從而達到更少的功率損耗。
    此次實驗是在10開爾文低溫的超真空環境中完成的。科學家表示，要想將電子自旋應用于計算機存儲器中，必須能在室溫下探測到自旋現象。不過，文章的主要作者、漢堡大學的安德烈·庫柏茲卡認為，這項新完成的研究為未來的應用提供了途徑。在研究中，研究人員不僅使用了新技術，還使用了一個帶有自旋的金屬錳板，這使得他們可對鈷原子的電子自旋進行操縱。
    近代人類物質文明大都可以歸結為兩個字——電子。以電荷為載體，我們先是鼓搗電流，爾后又折騰信息。電子的帶電特性已足足讓我們快活了200年，而電子的自旋特性或將滋潤我們未來200年。一個原子能干成千上萬個原子的活兒，薩瓦·拉描述的這種計算機如果說昨天還只是一種猜想，那么今天透過這張照片，我們則真切地看到了隧道盡頭的光亮。