Найден способ измерения времени хранения «информации» отдельными атомами

Используя сканирующий туннельный микроскоп, сотрудники Исследовательского центра Almaden компании IBM (США) и Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) сумели получить довольно точную оценку времени релаксации спина отдельных атомов.

Не стоит забывать и о том, что спиновые состояния считаются одним из вариантов представления состояний кубита квантового компьютера.

В эксперименте «магнитные» атомы железа располагались на изолирующем слое нитрида Cu₂N атомарной толщины, покрывавшем медную подложку.

Рис. 1. Нитрид (показан синим) на медной (зелёной) подложке. «Магнитные» атомы представлены в виде небольших бугорков. (Иллюстрация авторов работы).

Игла сканирующего туннельного микроскопа подводится к образцу на расстояние, измеряемое десятыми долями нанометра, и при создании небольшой разности потенциалов может возникать туннельный ток. Его регистрация — в том случае, если игла зафиксирована на некотором удалении, — позволяет оценивать состояние атомов. Физики действовали так: с помощью первого импульса напряжения («импульса накачки») они переводили атомы в новое спиновое состояние, а последующий «зондирующий» импульс использовался для измерения. Величина задержки между импульсами изменялась с шагом около 5 нс, и для каждого значения опыт повторялся по 100 000 раз.

В результате было установлено, что отдельный атом железа может сохранять спиновое состояние в течение одной наносекунды, но в паре с атомом меди время релаксации спина увеличивается примерно до 200 нс. Учёным также удалось выяснить, что результаты измерений сильно зависят от индукции внешнего магнитного поля.

Скоро физики начнут поиск других комбинаций атомов, которые сохраняют спиновое состояние ещё дольше.

Для определения искомых величин для четырёх пар атомов Fe и Cu, расположенных на отдельных «островках» Cu₂N в измерениях использовалось внешнее магнитное поле с индукцией в 4 и 1 Тл. Амплитуда импульса накачки — 35 мВ, зондирующего импульса — 10 мВ. Длительность импульсов на уровне половины амплитуды — 100 и 60 нс.

Результаты исследований опубликованы в статье:

Sebastian Loth, Markus Etzkorn, Christopher P. Lutz, D. M. Eigler, Andreas J. Heinrich Measurement of Fast Electron Spin Relaxation Times with Atomic Resolution – Science. – Vol. 329. no. 5999, pp. 1628 – 1630; DOI: 10.1126/science.1191688, 24 September 2010.

По материалам:

Источник(и):

1.compulenta.ru