In 1961,
Nicolaas Bloembergen proposed the idea of nuclear electric resonance, a possible method for controlling atomic nuclei using electric fields alone. However, Nobel Prize-winning physicists have a lot of incorrect theories, so when the search to confirm his work was unsuccessful, the idea was forgotten. That is until a lab accident confirmed it.
Professor Andrea Morello of the University of New South Wales led a team studying the effect of changing magnetic fields on the nucleus of an antimony atom. Morello explained to IFLScience that the team needed an antenna containing some very thin, and therefore fragile, wires in order to maximize the field strength. Putting too much energy into the antenna can cause some of the wires to blow.
“In the past when we have been working on phosphorus, if this happened, everything would stop working and we would throw the antenna out,” Morello told IFLScience. Instead, the team continued seeing effects, but these were much slower than expected, and only occurred at a subset of anticipated frequencies.
After considerable puzzlement, one of Morello’s students suggested they might be witnessing an electrical effect, normally masked by the larger magnetic forces. “I have worked on spin resonance for 20 years of my life, but honestly, I had never heard of this idea of nuclear electric resonance,” Morello said in a
statement. Upon investigation, the team found out about Bloembergen’s work and its subsequent abandonment.
Morello told IFLScience only atoms with a nuclear spin of more than 0.5 (including arsenic and bismuth along with antimony) would resonate to changing electric fields in this way.
Although scientists have demonstrated the capacity to control a single atomic nucleus for some time, this has been done using magnetic fields, which are harder to confine than their electric counterparts. Replacing magnetic fields with electric ones will allow for more precision, as well as much lower energy consumption.
That will benefit the basic sciences of the type Morello was practicing, but it also marks a step towards the long-sought-after goal of quantum computing. “This discovery means that we now have a pathway to build quantum computers using single-atom spins without the need for any oscillating magnetic field for their operation,” Morello
said.
The happy accident won Morello’s team a publication in
Nature. Despite its many potential uses, Morello doesn’t think the discovery will replace nuclear magnetic resonance, currently widely used in medical imaging and mining research among other places. “If you tried to use it in an MRI machine, you’d electrocute the patient,” he said to IFLScience.
On the other hand, besides quantum computing, the technique could be used to measure the strain in classical transistors, helping to improve their production and design. Many more applications are likely to appear with time too.
În 1961, Nicolaas Bloembergen a propus ideea rezonanței electrice nucleare, o posibilă metodă de control a nucleelor atomice folosind singure câmpuri electrice. Cu toate acestea, fizicienii premiați la Nobel au o mulțime de teorii, multe incorecte, așa că atunci când căutarea pentru a confirma munca sa nu a reușit, ideea a fost uitată. Asta până când un accident de laborator a confirmat-o.
Profesorul Andrea Morello de la Universitatea din New South Wales a condus o echipă care studiază efectul schimbării câmpurilor magnetice pe nucleul unui atom de antimoniu. Morello a explicat pentru IFLScience că echipa are nevoie de o antenă care conținea niște fire foarte subțiri și, prin urmare, fragile, pentru a maximiza rezistența câmpului. Introducerea unei cantități prea mari de energie în antenă poate topi o parte din fire.
„În trecut, când am lucrat la fosfor, dacă s-ar întâmpla acest lucru, totul ar înceta să funcționeze și am arunca antena”, a spus Morello pentru IFLScience. În schimb, echipa a continuat să vadă efecte, dar acestea au fost mult mai lente decât se așteptau și au apărut doar la un subset din frecvențele anticipate.
După o încurcătură considerabilă, unul dintre studenții lui Morello a sugerat că ar putea fi martorii unui efect electric, în mod normal mascat de forțele magnetice mai mari. „Am lucrat la spin resonance timp de 20 de ani din viața mea, dar sincer, nu am auzit niciodată despre această idee de rezonanță electrică nucleară”, a spus Morello într-un comunicat. La anchetă, echipa a aflat despre activitatea lui Bloembergen și abandonarea ulterioară a acesteia.
Morello a declarat pentru IFLScience că doar atomii cu un spin nuclear mai mare de 0,5 (inclusiv arsenic și bismut împreună cu antimoniu) vor rezona la schimbarea câmpurilor electrice în acest fel.
Deși oamenii de știință au demonstrat capacitatea de a controla un singur nucleu atomic de ceva timp, acest lucru a fost realizat folosind câmpuri magnetice, care sunt mai greu de limitat decât omologii lor electrici. Înlocuirea câmpurilor magnetice cu cele electrice va permite o precizie mai mare, precum și un consum de energie mult mai mic.
De acest lucru vor beneficia științele de bază de tipul lui Morello, dar marchează și un pas către obiectivul mult căutat al calculului cuantic. „Această descoperire înseamnă că acum avem o cale de a construi computere cuantice care folosesc rotiri cu un singur atom, fără a fi nevoie de niciun câmp magnetic oscilant pentru funcționarea lor”, a spus Morello.
Fericitul accident a adus echipei lui Morello o recunoaltere în revista Nature. În ciuda numeroaselor sale utilizări potențiale, Morello nu crede că descoperirea va înlocui rezonanța magnetică nucleară, folosită în prezent pe scară largă în cercetarea medicală și în minerit. „Dacă ai încerca să-l folosești într-un aparat RMN, ai electrocuta pacientul”, a spus el pentru IFLScience.
Pe de altă parte, pe lângă calculul cuantic, tehnica ar putea fi folosită pentru a măsura încordarea în tranzistoarele clasice, contribuind la îmbunătățirea producției și designului lor. Este posibil ca în timp și alte aplicații să apară.
Apreciază:
Apreciere Încarc...
Publicat de Mihail Toma
Fiind geamăn cu ascendant în săgetător sunt un extrovertit spre coleric de o curiozitate excesivă, perfecționist păgubos, împrăștiat, superficial, agnostic... și nimic din ce-i omenesc nu mi-e străin.
Being a Twin with ascendant in Sagittarius I am an extrovert up the choleric, of an excessive curiosity, a to the bitter end perfectionist, scattered, superficial, agnostic... and nothing that is human is foreign to me.
Vezi toate articolele lui Mihail Toma
Mihail stories 