Beklentilerin Ötesinde: Araştırmacılar Tek Bir atomun Manyetik Çekirdeğini Kontrol Etti

Kaynak: CC0 Public Domain

Delft Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları (Hollanda), tek bir atomun çekirdeğindeki manyetizmayı radyo dalgalarıyla kontrol etmeyi başardı. Bu, sürpriz bir gelişme oldu: Günümüze kadar fizikçiler, bu çekirdek spininin dolaylı olarak bile manipüle edilemeyeceğine inanıyordu. Bu keşif, kuantum bilgisinin saklanması ve okunması için yeni olanaklar açabilir. Araştırma, Nature Communications dergisinde yayımlandı.

Demir ve nikel gibi metallerde her atom hafifçe manyetikdir. Ancak atomun içinde, kuantum mekaniğinde spin olarak bilinen farklı manyetik “pusula iğneleri” de çalışır. “Neredeyse en güçlü manyetizma elektronlardan gelir,” diyor baş araştırmacı Sander Otte. “Ancak bazı atomlarda çekirdek de bir spin taşır. Bu spin çok daha zayıftır, ancak aynı zamanda dış dünyadan çok daha iyi şekilde korunmuştur.”

Otte’nin grubu, spinleri dönüştürülmüş bir taramalı tünelleme mikroskobu kullanarak inceler. Bu, elektrik sinyallerinin tek bir atoma aşırı hassaslık ile yönlendirilmesini sağlar. Geçmişte araştırmacılar çoğunlukla okunması en kolay olan elektron spinine odaklandı. Çekirdek spin ise yalnızca dolaylı olarak, yani所谓的 “hiperince etkileşim” yoluyla ortaya çıktı. Bu, çekirdeğin ve elektronun spinlerinin hafifçe dolanmasına neden olur.

Kontrol, beklentilerin tersine

Son deneylerinde, baş yazar Hester Vennema ve arkadaşları aynı anda bir atoma iki farklı sinyal gönderdi: biri elektrona, diğeri ise çekirdeğe yöneltilmiş. Bu, her sinyalin etkisini bağımsız olarak çalışmalarını sağladı. Sürpriz bir şekilde, iki spin büyük ölçüde dolanık değilken bile çekirdek spinini çevirebildiklerini buldular.

ENDOR ölçüm şeması. Kaynak: Hester G. Vennema ve ark.

Bu sonuç beklenmedik geldi. “Basit anlayışımıza göre, bunun gerçekten gerçekleşmemesi gerekiyordu,” diyor Otte. “Çekirdek spininin, taramalı tünelleme mikroskobundan gelen elektrik sinyallerinden hiç etkilenmemesi gerekiyordu.”

Gitar telleri

Bu araştırma için ekip, tek bir atoma uygulamak üzere çift manyetik rezonans olarak bilinen yerleşik bir ölçüm tekniğini geliştirdi. Bu, onlara atomun çekirdeğinin ve yörüngedeki bir elektronun manyetiğini ayrı ayrı hedef alma imkanı sağladı.

Manyetik rezonasta, bir spinin yönelimi bir dalga sinyali kullanılarak değiştirilir. Kuantum mekaniğine göre, yalnızca sınırlı sayıda böyle dönüş mümkündür. Bu nedenle sinyal, tam olarak doğru frekansa sahip olmalıdır.

“Bunu bir gitarın telleriyle karşılaştırabilirsiniz,” diyor Vennema. “Her olası spin dönüşü, kendi notasına sahip bir tel gibidir. Belirli bir telin titreşmesi için tam olarak doğru notayı çalmanız gerekir. Çekirdek spininin ‘notaları’, bir elektron spininkinden yüz ile bin kez daha düşüktür.”

Güvenli kuantum bilgisi

Atomların çekirdek spinleri, kuantum bilgisinin güvenli şekilde saklanması gereken uygulamalarda özel ilgi görüyor. Çekirdek spinlerini kontrol etme yeteneği, kuantum bilgisini saklama ve okuma konusunda yeni fırsatlar sunabilir. Ancak şu anda araştırma, çoğunlukla çekirdek spinini yönlendiren mekanizma hakkında yeni sorular ortaya çıkarıyor.

“O halde tekrar çizim tahtasına,” diyor Otte. “Bilim gerçekten böyle işler. Her zaman çözülmeyi bekleyen yeni bir şey vardır.”

Hester G. Vennema et al., Nuclear magnetic resonance on a single atom with a local probe, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-78801-5. On arXiv: arxiv.org/abs/2512.11652

Dergi bilgisi:
Nature Communications
,
arXiv

Dış alanlarda atomik ve moleküler süreçler
Manyetik
Rezonans teknikleri
Tarama teknikleri

Delft Teknik Üniversitesi

Bu hikayenin ardındaki kişiler:

BSc Life Sciences & Ecology. Microbiology lab background with pharmaceutical news experience in oil, gas, and renewable industries.

Full profile →

Bachelor’s in mathematical biology, Master’s in creative writing. Well-traveled with unique perspectives on science and language.

Full profile →

Citation

:
Against all expectations, researchers control the magnetic core of a single atom (2026, October 28)
retrieved 28 October 2026
from https://phys.org/news/2026-10-magnetic-core-atom.html

This document is subject to copyright. Apart from any fair dealing for the purpose of private study or research, no
part may be reproduced without the written permission. The content is provided for information purposes only.