Onderzoekers van de TU Delft zijn erin geslaagd om onafhankelijk twee verschillende soorten magnetisme binnen één atoom te manipuleren. De resultaten zijn relevant voor de ontwikkeling van extreem kleine vormen van dataopslag. Op tijd, deze nieuwe ontdekking zou het mogelijk kunnen maken om twee stukjes informatie in één atoom op te slaan.

Het magnetisme van een atoom is het resultaat van elektronen die rond de kern van het atoom draaien. Deze rotaties kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën. "Vergelijk het met de aarde die rond de zon draait, ", legt onderzoeksleider Sander Otte uit. "Enerzijds de aarde draait om de zon, wat een jaar duurt. Anderzijds, de aarde draait ook om haar eigen as, die leidt tot de dag/nacht-cyclus." Hetzelfde geldt voor een elektron dat rond een atoom draait:de rotatie om de kern van het atoom wordt het baanimpulsmoment genoemd en de rotatie van het elektron om zijn eigen as wordt spinhoek genoemd. momentum of, Kortom, draaien.

Orbitale richting

Elk van deze bewegingen kan, in principe, worden gebruikt om informatie op te slaan. De orbitale rotatie, bijvoorbeeld, kan met de klok mee of tegen de klok in. Deze twee draairichtingen kunnen dus de 0 en de 1 van een bit voorstellen. De spin heeft ook twee mogelijke draairichtingen. Dus in theorie zou je twee stukjes informatie in één atoom moeten kunnen opslaan. "In praktijk, echter, dit is best moeilijk, Otte vervolgt. "Als je de orbitale richting omkeert, de draairichting verandert bijna altijd mee - en vice versa."

De Delftse studie, uitgevoerd in samenwerking met Spaanse en Chileense onderzoekers, maakt het mogelijk om alleen de richting van de orbitale richting om te keren zonder de draairichting te beïnvloeden. Dat dit nu is gelukt, is te danken aan een fenomeen dat ooit werd voorspeld door Einstein en de Nederlandse natuurkundige Wander Johannes de Haas. Volgens dit Einstein-de Haas-effect, de omkering van de orbitale richting kan ook worden gecompenseerd door een onmetelijk kleine rotatie van de omgeving - in dit geval het stuk metaal waartoe het atoom behoort. Dit effect was nog niet eerder waargenomen op de schaal van een enkel atoom, laat staan ​​dat het kan worden toegepast om atomair magnetisme te manipuleren.

Perfecte scheiding

De onderzoekers gebruikten een scanning tunneling microscopie, waarin een zeer scherpe naald atomen scant en ze zelfs naar believen kan verplaatsen. Gebruikelijk, een magnetisch atoom maakt contact met meerdere naburige atomen, die het magnetisme verstoren. Otte en zijn team bereikten de perfecte scheiding tussen de spin en de orbitale rotatie die ze nodig hadden door een magnetisch ijzeratoom precies op een enkele, niet-magnetisch stikstofatoom. Daarbij, ze creëerden een ideale geometrie die zelden spontaan in de natuur voorkomt.

De mogelijkheid om bits in individuele atomen op te slaan zou de huidige maximale opslagcapaciteit met vele duizenden keren vergroten. Echter, Otte waarschuwt dat de opslag van atomaire data nog ver weg is. "Het belangrijkste resultaat is dat we weer een stap vooruit hebben gezet in ons vermogen om atomen en zelfs de elektronen die eromheen draaien te beheersen. Dat is op zich al een prachtig doel."