瑞士巴塞爾大學(xué)的研究人員第一次使用單個(gè)電子耦合了遠(yuǎn)距離原子的核自旋。三個(gè)研究小組參加了這個(gè)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在Nature Nanotechnology雜志上。

在大多數(shù)材料中，相鄰原子的核自旋對(duì)彼此的影響非常小，因?yàn)槲⑿〉脑雍宋挥谠拥纳钐?。然而，在金屬中并非如此，其中一些電子能夠自由移?dòng)。電子自旋能夠以相對(duì)較大的距離彼此耦合核自旋。以四位物理學(xué)家命名，這種RKKY互動(dòng)是在20世紀(jì)50年代發(fā)現(xiàn)的。

核自旋由單個(gè)電子自旋相連

現(xiàn)在，巴塞爾大學(xué)物理系的研究人員首次用單個(gè)電子成功地證明了這種機(jī)制，并用量子理論對(duì)其進(jìn)行了描述。由Richard Warburton教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在一個(gè)量子點(diǎn)內(nèi)捕獲了一個(gè)電子。利用在巴塞爾開(kāi)發(fā)的一種方法來(lái)測(cè)量核自旋共振，他們發(fā)現(xiàn)電子將原子核的自旋耦合在一起達(dá)到5納米 - 這是核自旋領(lǐng)域的一個(gè)巨大距離。結(jié)果與自旋量子位的發(fā)展特別相關(guān)：這些尋求使用電子自旋來(lái)攜帶信息，但與核的相互作用限制了量子信息的穩(wěn)定性。

物理集中爆炸

“這可能是我們團(tuán)隊(duì)進(jìn)行過(guò)的最復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，”巴塞爾物理系納米光子學(xué)研究小組負(fù)責(zé)人Richard Warburton教授說(shuō)。與此同時(shí)，他對(duì)使這一實(shí)驗(yàn)成為可能的三個(gè)研究小組之間的合作表示高興。“需要考慮很多不同的方面 - 這是我們能夠掌握的挑戰(zhàn)，這要?dú)w功于我們部門(mén)的精彩合作。”

由Martino Poggio教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組提供了核自旋共振領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，而Daniel Loss教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了數(shù)月時(shí)間計(jì)算實(shí)驗(yàn)的量子理論。波鴻魯爾大學(xué)(Ruhr University Bochum)也做出了重要貢獻(xiàn)，該公司為實(shí)驗(yàn)制造了半導(dǎo)體芯片。