科學(xué)家成功操控單原子中電子自旋方向

 雖然許多科學(xué)家們認(rèn)為，在制造下一代更快、更小、更的計(jì)算機(jī)和高技術(shù)設(shè)備上，新興的電子自旋技術(shù)將勝過(guò)傳統(tǒng)電子技術(shù)，但電子自旋對(duì)單原子的影響至今尚無(wú)從觀察。而推出的《自然—納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）網(wǎng)絡(luò)版上，美國(guó)俄亥俄大學(xué)和德國(guó)漢堡大學(xué)的科學(xué)家們展示了他們獲得的電子不同自旋狀態(tài)下的單個(gè)鈷原子圖像。
    為獲得這個(gè)圖像，研究人員使用一臺(tái)在其探針的涂覆有金屬鐵的特制隧道掃描顯微鏡，對(duì)一個(gè)金屬錳盤上的鈷原子進(jìn)行了操縱。借助這個(gè)特制探針，通過(guò)改變單個(gè)鈷原子在錳板表面的位置，使鈷原子中電子自旋的方向產(chǎn)生了變化。捕捉到的圖像顯示，當(dāng)原子中的電子自旋方向向上時(shí)，整個(gè)原子的形狀呈單突狀；若自旋方向向下，則整個(gè)原子形狀呈雙突狀，且兩者等高。
    這項(xiàng)研究表明，通過(guò)對(duì)單個(gè)金屬原子的操控，科學(xué)家具有了探測(cè)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(jí)磁存儲(chǔ)器、量子計(jì)算機(jī)和自旋電子器件的未來(lái)發(fā)展。研究小組主要成員之一、俄亥俄大學(xué)納米和量子研究所的物理和天文學(xué)副教授薩瓦·拉表示，電子的不同自旋方向可代表數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的不同狀態(tài)，目前計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器單元需要的原子數(shù)量成千上萬(wàn)，未來(lái)也許用單個(gè)原子就能滿足需求，同時(shí)將計(jì)算機(jī)的能力提高數(shù)千倍。而且，與電子器件不同的是，基于電子自旋的器件不會(huì)產(chǎn)生熱量，從而達(dá)到更少的功率損耗。
    此次實(shí)驗(yàn)是在10開爾文低溫的超真空環(huán)境中完成的?？茖W(xué)家表示，要想將電子自旋應(yīng)用于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中，必須能在室溫下探測(cè)到自旋現(xiàn)象。不過(guò)，文章的主要作者、漢堡大學(xué)的安德烈·庫(kù)柏茲卡認(rèn)為，這項(xiàng)新完成的研究為未來(lái)的應(yīng)用提供了途徑。在研究中，研究人員不僅使用了新技術(shù)，還使用了一個(gè)帶有自旋的金屬錳板，這使得他們可對(duì)鈷原子的電子自旋進(jìn)行操縱。
    近代人類物質(zhì)文明大都可以歸結(jié)為兩個(gè)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?qū)⒆虧?rùn)我們未來(lái)200年。一個(gè)原子能干成千上萬(wàn)個(gè)原子的活兒，薩瓦·拉描述的這種計(jì)算機(jī)如果說(shuō)昨天還只是一種猜想，那么今天透過(guò)這張照片，我們則真切地看到了隧道盡頭的光亮。