Bei Untersuchungen von Supraleitern ist es einem internationalen Physikerteam mit einem Rastertunnelmikroskop gelungen, quantenmechanische Spinzustände in einzelnen Atomen zu lesen. Die Forscher haben ihr Ergebnis im Fachmagazin Nature vorgestellt.
Einer der heiligen Grale der Festkörperphysik ist es, Information in ein einzelnes Atom hineinzuschreiben und dort zu speichern, sagt Seamus Davis von der University of California in Berkeley. “Wir sind jetzt dazu in der Lage, in einem einzelnen Atom den Spin-Up-Zustand vom Spin-Down-Zustand zu unterscheiden. Das könnte uns ein neues Werkzeug für den Gebrauch von Spins in Quantencomputern liefern.”
Der quantenmechanische Spin eines Teilchens ist mit dem Drehimpuls eines Kreisels vergleichbar. Der Spin kann jedoch nicht wie ein Drehimpuls beliebige Werte annehmen, sondern existiert nur in den beiden Zuständen Up und Down.
In ihrem Experiment verunreinigten die Forscher einen Hochtemperatur-Supraleiter mit einem einzelnen Nickel-Atom. Durch Messung von Spinzuständen mit einem Rastertunnelmikroskop konnten Davis und seine Kollegen nachweisen, dass das Nickel, im Gegensatz zu Zink, die Supraleitfähigkeit nicht beeinträchtigte. Daraus können die Forscher schließen, dass die Hochtemperatur-Supraleitfähigkeit durch magnetische Wechselwirkungen zwischen Atomen zustande kommt. Bis heute gibt es für diese Art der Supraleitung keine schlüssige Erklärung.
Die Forscher glauben, dass ihre Technik die Realisierung eines Quantencomputers ermöglichen wird. Die quantenmechanischen Spinzustände von in den Supraleiter “eingepflanzten” Nickel-Atomen könnten als Informationsspeicher benutzt werden. Mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops könnten die Informationen ein- und ausgelesen werden.
Axel Tillemans
