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當兩個原子相遇時會發生什麼?


博科園當兩個原子相遇時會發生什麼?最新研究為你揭曉!一個國際研究小組展示了一種新方法,可以詳細了解兩個原子相遇時發生了什麼。在發表在《物理評...

- 2019年12月07日13時36分
- 科學文摘 / 博科園

博科園

當兩個原子相遇時會發生什麼?最新研究為你揭曉!一個國際研究小組展示了一種新方法,可以詳細了解兩個原子相遇時發生了什麼。在發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上研究中,該研究小組描述了他們的實驗,其中包括密切觀察兩個原子相互接觸的過程。觀察兩個原子碰撞的想法可能會讓一些人感到不安,因為大多數會人想像著核彈爆炸,但並不是所有這樣的碰撞都如此戲劇化。


在這項新研究中,研究人員測量了兩個原子緩慢接觸時發生的磁相互作用。先前的研究表明,原子具有所謂的波函數,這是由其電子基於機率的軌道所定義。先前的研究也表明,當兩個原子靠近時,當它們的波形重疊時,一種叫做「交換相互作用」的力就會產生,並且隨著這兩個原子靠近而增加。

交換作用一直在發生,就像把兩根手指壓在一起,或者在化學實驗中。但到目前為止,還沒有人能準確地測量出兩個原子逐漸靠近時的力,在這個新實驗中,研究人員在實驗室里做了這樣的測量。研究小組將單個鈦原子置於氧化鎂層之上,作為絕緣體。接下來把一個鐵原子放在掃描隧道顯微鏡探針的頂端。

然後,慢慢地把單個鐵原子移向單個鈦原子。在此過程中,用兩種方法測量了這兩個原子的磁效應。第一種是電子自旋共振:一種提供了非常詳細的弱相互作用測量技術。第二種方法是使用非彈性電子隧穿光譜法,它在測量較強的相互作用時給出了更好的結果。使用兩種測量方法使研究人員在匹配時對結果更有信心,這一過程使研究人員在測量交換相互作用方面達到了一個新的精度水平。

還演示了一種調整原子磁場的可能技術,這種技術在未來的數據存儲設備中會很實用。將自旋電子器件縮小到納米尺度最終需要對單個原子磁矩進行局域控制。在這些長度尺度上,交換相互作用起著重要作用,如自旋量子化軸的穩定、自旋挫折的產生和磁序的產生。在這裡演示了對表面上單個原子所經歷的交換偏置的精確控制,其能量範圍為4個數量級。通過調整自旋-之間的分離,交換相互作用可以從毫伏持續調諧到微伏

掃描隧穿顯微鏡表面和磁尖上的原子,無縫地結合了非彈性電子隧穿光譜和電子自旋共振來繪製不同的能量尺度。這種對大範圍能量交換偏置的控制提供了對自旋態的通用控制,應用範圍從量子態性質的精確調諧到局部自旋摻雜的強交換偏置。此外,該證明了時變交換相互作用產生的局域交流磁場共振驅動表面自旋。原子尺度上交換相互作用的靜態和動態控制為耦合自旋系統的量子態優化提供了一種新工具。


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