Fyzikové poprvé přímo pozorovali spin elektronů

Spojenému týmu amerických a německých fyziků se nedávno podařilo poprvé přímo pozorovat takzvaný spin elektronů v atomech kobaltu. Jejich pozorování může výrazně přispívá k poznávání procesů na subatomární úrovni a své uplatnění nalezne zejména v oboru budoucnosti – spinové elektronice.

Na subatomárních úrovních, tedy v hájemství kvantové fyziky, existuje řada vlastností, které nemají žádnou obdobu ve světě naší běžné zkušenosti. Jednou z nich je i takzvaný spin, jakási vnitřní „rotace“ částice. Podle toho, jakých hodnot spinu může příslušná částice nabývat, je fyzikové dělí na fermiony a bosony. Spin fermionů, jako jsou elektrony, protony či neutrony, může nabývat pouze násobků ½ (tedy ½, 1, 3/2…), spin bosonů (fotony, gluony, mezony atd.) můžeme naopak vyjádřit pouze celým číslem (0,1,2..).

Jednou z výhod poločíselného spinu elektronů je, že se mohou vyskytovat ve svou stavech – „spinem nahoru“ či „spinem dolů“. Právě této vlastnosti by měla využívat technologie budoucnosti – spinová elektronika.

Zatímco současné počítače využívají k uskladňování informací celé desítky až tisíce atomů, spintronickým zařízením by mohl k uchovávání či přenášení informací ve dvojkové soustavě stačit pouze jediný elektron.

Celá věc má však jeden háček. Spin je sice dokonalou teoretickou konstrukcí, která umožňuje fyzikům vysvětlit obrovskou škálu procesů, které na subatomární úrovni probíhají, zatím se však ještě nikomu nepodařilo tento jev přímo pozorovat.

Tedy – až donedávna. Vědci z univerzity v Delaware v americkém státě Ohio spolu se svými kolegy z univerzity v Hamburku využili unikátních vlastností elektronového skenovacího mikroskopu. Atomy kobaltu, nanesené na destičce vyrobené z manganu manipulovali prostřednictvím mikroskopu tak, že jejich elektrony otáčely buď spinem nahoru, nebo spinem dolů.

Experiment vědci zatím prováděli za velmi neobvyklých podmínek: pomocí kapalného hélia za teploty 10 Kelvinů (-263,15 0C). Aby bylo možné využít jej v ve stolních počítačích, bude nutno jej zopakovat za běžných pokojových teplot.

Vedoucí autor studie Andre Kubetzka z univerzity v Hamburku však optimistický: „Kombinace manipulace atomů a citlivosti spinu nám dává novou perspektivu pro konstruování struktur na úrovni atomu a průzkumu jejich magnetických vlastností,“ vysvětluje mladý německý fyzik.