Znanstvenici slučajno uspjeli kontrolirati jezgru atoma pomoću električnog polja; istraživanje

"Ovaj eksperiment zahtijeva 'udaranje' jezgre atoma s vrlo jakim oscilirajućim magnetskim poljima, kako bi njegova evolucija postala kaotična. No, dok smo to radili, nenamjerno smo oštetili antenu koja dovodi ova magnetska polja do jezgre", kaže Andrea Morello, voditelj istraživanja. Oštećena antena je tada mogla proizvesti samo električno polje, a znanstvenike je iznenadilo da je eksperiment i dalje funkcionirao.

UNSW/Tony Melov

Umjetnički prikaz elektrode koja se koristi za lokalno upravljanje kvantnim stanjem jednog jezgra atoma u mikročipu od silicija

AUTOR: Cosmos; IFLScience
OBJAVLJENO: 11.03.20 u 19:33
https://bit.ly/2ICIw9F
Istraživanja vođena znatiželjom mogu dovesti do uzbudljivih otkrića. Jedno od takvih je australske inženjere slučajno dovelo do rješenja 58 godina stare misterije iz kvantne znanosti.

Oni su uspjeli razraditi kako učiniti ono što je Nobelovac Nicolaas Bloembergen prvi put predložio još 1961. godine, ali nitko (dosad) nije uspio ostvariti – kontroliranje atomske jezgre koristeći električna, a ne magnetska polja.

Ovo otkriće je vrlo važno jer bi moglo pojednostaviti kontrolu pojedinih atoma u nanoelektronici, s implikacijama i na poboljšanje nuklearne magnetne rezonancije – tehnike koja se koristi u različitim poljima poput moderne fizike, medicine, kemije i rudarstva, piše Cosmos.

Primjerice, uređaji za magnetnu rezonanciju (MRI) u bolnicama se koriste za izradu trodimenzionalnih slika unutrašnjosti tijela pacijenta bez potrebe za ikakvim rezanjima, kaže voditelj istraživanja Andrea Morello sa Sveučilišta u Novom Južnom Walesu.

"Ona funkcionira tako što otkriva prisutnost nuklearnog spina vodikove jezgre unutar tijela", objasnio je, "a to čini primjenom impulsa oscilirajućih magnetskih polja".

"Ono što smo (ponovno) otkrili je da je sličan rezultat moguće dobiti i korištenjem električnog polja".

Iako je to, u teoriji, izloženo prije više desetljeća, pokazalo se da je teško primjenjivo u praksi, "tako da je zapravo zaboravljeno tijekom pola stoljeća", kaže Morello, sve do slučajnog otkrića njegovog tima.

"Ovaj eksperiment zahtijeva 'udaranje' jezgre atoma s vrlo jakim oscilirajućim magnetskim poljima, kako bi njegova evolucija postala kaotična. No, dok smo to radili, nenamjerno smo oštetili antenu koja dovodi ova magnetska polja do jezgre", kaže Morello.

Oštećena antena je tada mogla proizvesti samo električno polje, a znanstvenike je iznenadilo da je eksperiment i dalje funkcionirao.

Velika razlika između električnog i magnetskog polja je u načinu na koji se šire. Električna polja nastaju iz elektroda i propadaju vrlo brzo, zbog čega ih je lakše kontrolirati nego magnetska polja koja se dalje šire.

"Naše istraživanje uključuje kontrolu pojedinih atoma na nanometarskoj razini, za izgradnju kvantnih računala i senzora, mogućnost utjecaja na atome pomoću električnih polja dat će nam veliku prednost jer ćemo moći lokalizirati polja oko svakog atoma", objasnio je.

Morello je to opisao kao pokušaj pomicanja kugle na bilijarskom stolu – korištenje magnetskih polja bilo bi kao da tresete cijeli stol, čime se pomiču sve kugle. "Radeći umjesto toga pomoću električnih polja je kao da dobijete štap kojim možete pogoditi samo kuglu koju želite pomaknuti".

Unatoč brojnim potencijalnim mogućnostima primjene, Morello ne misli da će ovo otkriće potpuno zamijeniti nuklearnu magnetsku rezonanciju kakva je sada, posebice ne u medicini, piše IFLScience.

Ipak, s druge strane, ova tehnika mogla bi se, uz kvantno računarstvo, koristiti za mjerenje naponskog naprezanja u klasičnim tranzistorima, čime bi se mogla poboljšati njihova proizvodnja i dizajn ili u razvoju senzora elektromagnetskog polja s većom osjetljivošću.

"A sve to, u jednostavnom elektroničkom uređaju napravljenom od silicija, koji kontroliraju mali naponi koji se primjenjuju na metalnu elektrodu".

Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature.


Prevela: Ružica Ereš