Artistieke impressie van de spin van een atoomkern die tussen verschillende quantumtoestanden switcht, gebaseerd op echt gemeten data. Het switchen werd waargenomen als een schommeling in de elektrische stroom die door het atoom loopt op een tijdschaal van seconden. Credits: Scixel
Onderzoekers van de TU Delft is het gelukt om de magnetische kern van een atoom in real time heen en weer te zien switchen. Ze lazen de nucleaire ’spin’ uit via de elektronen in hetzelfde atoom met de naald van een tunnelmicroscoop. Tot hun verbazing bleef de spin enkele seconden stabiel, wat perspectief biedt voor verbeterde controle over de magnetische kern. Het onderzoek, dat is gepubliceerd in Nature Communications, is een stap voorwaarts voor quantumsensoren op basis van enkele atomen.
Grafische samenvatting van het experiment. Een spanningssignaal wordt via de STM-naald naar een atoom gestuurd met een nucleaire spin. De frequentie van dit signaal komt overeen met de energie van slechts 1 van de 8 quantumtoestanden die de nucleaire spin kan innemen. In de loop van de tijd schakelt de stroom die door het atoom loopt tussen een hogere waarde (rood) en een lagere waarde (grijs), wat respectievelijk laat zien dat de nucleaire spin zich in de geselecteerde quantumtoestand of in een van de andere 7 toestanden bevindt. De spin blijft gedurende een aanzienlijke fractie van een seconde in dezelfde toestand. In een meer gecontroleerde versie van het experiment bleek de nucleaire spin tot wel 5 seconden stabiel te zijn.
