Ressonância magnética resolve o núcleo de um único átomo
Um microscópio de efeito túnel distinguiu transições nucleares do titânio-47 mesmo com fraca ligação ao eletrão; o mecanismo de acionamento ainda não está esclarecido.
Investigadores da TU Delft e do CIC nanoGUNE observaram ressonância magnética nuclear num único átomo de titânio-47 colocado numa superfície. Usaram um microscópio de efeito túnel adaptado e dois sinais de radiofrequência: um dirigido ao spin do eletrão e outro às transições do núcleo. O artigo, publicado em 24 de outubro e divulgado pela universidade em 27 de outubro, resolve as transições de um núcleo com spin 5/2.
O problema da proteção
O spin nuclear é interessante para informação quântica porque está mais isolado do ambiente do que o spin eletrónico e pode conservar um estado durante mais tempo. Essa mesma proteção dificulta escrever e ler informação. Experiências anteriores dependiam fortemente da interação hiperfina entre núcleo e eletrão. A equipa procurou separar os dois canais para testar se o núcleo continuava acessível quando essa hibridação era fraca.
Ressonância dupla à escala atómica
O esquema combina ressonância do spin eletrónico com ressonância nuclear na junção do microscópio. A frequência correta muda a orientação permitida pelo sistema quântico, enquanto a corrente de tunelamento fornece o sinal de leitura. As medições e a análise numérica permitiram caracterizar acoplamentos hiperfinos e quadrupolares e distinguir transições do titânio-47.
O resultado inesperado
As transições nucleares continuaram acessíveis quando núcleo e eletrão estavam apenas fracamente misturados. O modelo simples usado pelos investigadores não previa essa sensibilidade do núcleo ao campo local, pelo que o mecanismo de acionamento permanece em aberto. Esse desconhecimento é central: antes de transformar o efeito numa operação controlada, será necessário explicar quais campos e acoplamentos transferem energia para o núcleo.
Uma plataforma de investigação
O trabalho demonstra espectroscopia e endereçamento de um núcleo isolado; não demonstra uma memória quântica completa, controlo coerente com fidelidade conhecida ou uma arquitetura escalável. A contribuição imediata é experimental: fornece uma forma de estudar o ambiente de spins nucleares átomo a átomo e de testar regimes em que isolamento e capacidade de controlo têm de coexistir.