นักฟิสิกส์ได้ค้นพบวิธีการเล่นกับสสารในระดับย่อยอะตอมเอื้อมมือไปที่อะตอมเพื่อจัดการกับการหมุนของอิเล็กตรอน ยิ่งไปกว่านั้นนักวิทยาศาสตร์ยังสามารถจับภาพแรกของการกระทำด้วยกล้องจุลทรรศน์พิเศษ
สปินเป็นหนึ่งในสามคุณสมบัติพื้นฐานของอิเล็กตรอนพร้อมกับประจุและมวล โดยทั่วไปสปินอธิบายถึงโมเมนตัมเชิงมุมของอิเล็กตรอนซึ่งเกี่ยวข้องกับวิธีที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ นิวเคลียสของอะตอม (ซึ่งรวมถึงโปรตอนและนิวตรอน) - การหมุนอาจเป็น "ขึ้น" หรือ "ลง"
ในการศึกษาใหม่นักวิจัยหาวิธีเปลี่ยนการหมุนของอิเล็กตรอนในอะตอมโคบอลต์ (องค์ประกอบโลหะด้วย27 โปรตอนและ 27 อิเล็กตรอน) พวกเขาใช้กล้องจุลทรรศน์ที่สร้างขึ้นเองโดยมีปลายเคลือบเหล็กหนึ่งนาทีเพื่อ "ดู" อะตอมและสร้างภาพแรกของการหมุนของอิเล็กตรอนที่ถูกจัดการ
ในระดับเล็ก ๆ นี้มันเป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายภาพโดยใช้แสงที่มองเห็นได้เนื่องจากความยาวคลื่นนั้นใหญ่กว่าวัตถุที่พวกเขาจะสะท้อนออกมา แต่เทคนิคที่เรียกว่ากล้องจุลทรรศน์การสแกนอุโมงค์ช่วยให้นักฟิสิกส์รู้สึกว่าเกิดอะไรขึ้นเช่นคนตาบอดที่อ่านอักษรเบรลล์ผู้นำการศึกษา Andre Kubetzka จากมหาวิทยาลัยฮัมบูร์กของเยอรมนีกล่าว ปลายสุดของกล้องจุลทรรศน์พิเศษนั้นคิดว่าเป็นเพียงอะตอมที่กว้างเพียงอันเดียว
ในการเปลี่ยนการหมุนของอิเล็กตรอนในอะตอมโคบอลต์ Kubetzka และเพื่อนร่วมงานวางอะตอมบนพื้นผิวที่ทำจากแมงกานีสองค์ประกอบ แมงกานีสถูกจัดเรียงเพื่อให้การหมุนของอิเล็กตรอนแตกต่างกันในรูปแบบเกลียว เมื่อนักฟิสิกส์เปลี่ยนอะตอมโคบอลต์ที่ด้านบนของเกลียวนี้สปินของอิเล็กตรอนก็เปลี่ยนไปเพื่อให้สอดคล้องกับการหมุนของอิเล็กตรอนที่อยู่ด้านล่าง ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์สามารถสังเกตอะตอมที่เคลื่อนที่จากตำแหน่งที่อิเล็กตรอนหมุนขึ้นเพื่อหมุนลง
“ โดยการวางตำแหน่งอะตอมโคบอลต์บนพื้นผิวแมงกานีสอย่างแม่นยำเราสามารถปรับทิศทางการหมุนของอะตอมโคบอลต์ได้” นักวิจัยร่วม Saw-Wai Hla ของสถาบันนาโนและควอนตัมของมหาวิทยาลัยโอไฮโอกล่าว
ในภาพของกล้องจุลทรรศน์เมื่อสปินตาข่ายของอะตอมขึ้นอะตอมก็ปรากฏเป็นส่วนที่ยื่นออกมาเพียงครั้งเดียว แต่เมื่อการหมุนของมันลดลงอะตอมก็ดูเหมือนการยื่นออกมาสองครั้งด้วยยอดเขาสองยอด
“ รูปร่างแตกต่างกัน - นี่เป็นเรื่องน่าประหลาดใจ” Kubetzka บอกกับ Livescience นักวิทยาศาสตร์คิดว่ารูปร่างที่แตกต่างเหล่านี้เป็นผลมาจากอิเล็กตรอนการเดินทางในวงโคจรที่แตกต่างกันหรือรูปแบบรอบ ๆ นิวเคลียสขึ้นอยู่กับสปินของพวกเขา
การศึกษาอาจนำไปสู่การใช้งานที่มีเทคโนโลยีสูงตามถนนนักวิทยาศาสตร์กล่าว มีสนามอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า Spintronics ที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างคอมพิวเตอร์ที่เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการจัดการกับการหมุนของอะตอม การหมุนขึ้นและหมุนลงอาจเป็นตัวแทนของสองตัวเลือกในรหัสไบนารี
“ ทิศทางที่แตกต่างกันในการหมุนอาจหมายถึงสถานะที่แตกต่างกันสำหรับการจัดเก็บข้อมูล” HLA กล่าว "อุปกรณ์หน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ปัจจุบันเกี่ยวข้องกับอะตอมนับหมื่นในอนาคตเราอาจสามารถใช้อะตอมหนึ่งตัวและเปลี่ยนพลังของคอมพิวเตอร์โดยคนนับพัน"
อย่างไรก็ตามแอพพลิเคชั่นเหล่านั้นจะใช้เวลาสักครู่เนื่องจากการทดลองในปัจจุบันได้ดำเนินการในสุญญากาศที่อุณหภูมิสูง ในการสร้างฮาร์ดไดรฟ์คอมพิวเตอร์กระบวนการจะต้องร้อนขึ้นถึงอุณหภูมิห้องซึ่งอาจเป็นเรื่องยากเพราะอะตอมอุ่นจะกระโดดไปรอบ ๆ และมีความเสถียรน้อยกว่ามาก
- Twisted Physics: 7 การค้นพบที่น่าเหลือเชื่อเมื่อเร็ว ๆ นี้
- อัลบั้ม - เบื้องหลังของ Atom Smasher ที่ใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกา
- Quest มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างอะตอมที่ใหญ่กว่าและเรื่องใหม่ ๆ
