科學家成功操控單原子中電子自旋方向
引自科學網
不同的電子自旋方向導致單個鈷(cobalt)原子具有不同的形狀。
The different shape and appearance of these individual cobalt atoms is caused by the different spin directions. Image courtesy of Saw-Wai Hla, Ohio University
電子自旋的原子終於有了“身份照”
科學家成功操控單原子中電子自旋方向
雖然許多科學家們認為，在製造下一代更快、更小、更高效的電腦和高技術設備上，新興的自旋電子學(spintronics)技術將勝過傳統電子技術，但電子自旋對單原子的影響至今尚無從觀察。而最新推出的《自然—奈米技術》（Nature Nanotechnology）網路版上，美國俄亥俄大學(Ohio University)和德國漢堡大學(the University of Hamburg)的科學家們展示了他們首次獲得的電子不同自旋狀態下的單個鈷(cobalt)原子圖像。
為獲得這個圖像，研究人員使用一台在其探針的尖端塗覆有金屬鐵的特製掃描穿隧顯微儀(scanning tunneling microscopy)，對一個金屬錳(manganese)盤上的鈷原子進行了操縱。借助這個特製探針，通過改變單個鈷原子在錳板表面的位置，使鈷原子中電子自旋的方向產生了變化。捕捉到的圖像顯示，當原子中的電子自旋方向向上時，整個原子的形狀呈單突狀；若自旋方向向下，則整個原子形狀呈雙突狀，且兩者等高。
這項研究表明，通過對單個金屬原子的操控，科學家具有了探測和操縱單原子中電子自旋方向的能力，這將極大地影響奈米級磁記憶體、量子電腦和自旋電子元件的未來發展。研究小組主要成員之一、俄亥俄大學奈米和量子研究所(Nanoscale and Quantum Phenomena Institute)的物理和天文學副教授薩瓦•拉(Saw-Wai Hla)表示，電子的不同自旋方向可代表資料存儲的不同狀態，目前電腦記憶體單元需要的原子數量成千上萬，未來也許用單個原子就能滿足需求，同時將電腦的能力提高數千倍。而且，與電子器件不同的是，基於電子自旋的器件不會產生熱量，從而達到更少的功率損耗。
此次實驗是在10K低溫的超真空環境中完成的。科學家表示，要想將電子自旋應用於電腦記憶體中，必須能在室溫下探測到自旋現象。不過，文章的主要作者、漢堡大學的安德列•庫柏茲卡(Andre Kubetzka)認為，這項新完成的研究為未來的應用提供了途徑。在研究中，研究人員不僅使用了新技術，還使用了一個帶有自旋的金屬錳板，這使得他們可對鈷原子的電子自旋進行操縱。
近代人類物質文明大都可以歸結為兩個字——電子。以電荷為載體，我們先是鼓搗電流，爾後又折騰資訊。電子的帶電特性已足足讓我們快活了200年，而電子的自旋特性或將滋潤我們未來200年。一個原子能幹成千上萬個原子的活兒，薩瓦•拉描述的這種電腦如果說昨天還只是一種猜想，那麼今天透過這張照片，我們則真切地看到了隧道盡頭的光亮。
PHYSORG.com原文報導
Physicists capture first images of atomic spin
April 26, 2010
nature nanotechnology原文論文
Imaging and manipulating the spin direction of individual atoms
Nature Nanotechnology
Published online: 25 April 2010 | doi:10.1038/nnano.2010.64
David Serrate1,4, Paolo Ferriani1,2, Yasuo Yoshida1, Saw-Wai Hla1,3, Matthias Menzel1, Kirsten von Bergmann1, Stefan Heinze1,2, Andre Kubetzka1 & Roland Wiesendanger1
1. Institute of Applied Physics, University of Hamburg, Jungiusstrasse 11, D-20355 Hamburg, Germany
2. Institute of Theoretical Physics and Astrophysics, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Leibnizstraße 15, 24098 Kiel, Germany
3. Nanoscale & Quantum Phenomena Institute, Physics & Astronomy Department, Ohio University, Athens, Ohio 45701, USA
4. Present address: Instituto de Nanociencia de Aragón, University of Zaragoza, 50018, Spain
留言列表
