На колебания нанотрубки влияет спин электрона

Спин электрона довольно часто существует сам по себе, не имея практически ничего общего с движением электрона, либо соседних атомов. Однако теоретические работы, которые представили ученые из Венгрии, доказывают, что спин отдельных электронов, замкнутый в ловушке из углеродной нанотрубки, может оказывать существенное влияние на колебания данной нанотрубки. В представленной работе ученые предвидят применение этого взаимодействия при создании наноразмерных датчиков массы, либо в процессе обрабатывания информации некоторыми элементами квантового компьютера.

Чаще всего спин электрона демонстрирует свое присутствие при помощи разных «тонких» явлений. Например, один электронный уровень атома способен превратиться в два расположенных рядом уровня из-за т.н. спин-орбитального взаимодействия. В сущности, движение электрона вокруг ядра образует эффективное магнитное поле, обуславливающее то, что электроны, имеющие разнонаправленные спины, обладают разными энергиями. Такого рода взаимодействие недавно было обнаружено в углеродных нанотрубках. В данных структурах делокализованные электроны, которые не ассоциированы с конкретными атомами, вращаются вокруг трубки по кругу. Как и в атоме, такое движение обуславливает наличие разной энергии у электронов, имеющих разнонаправленные спины.

Связи между цилиндрической геометрией нанотрубки и спином электрона позволяют предположить, что движения нанотрубки может изменять спин, а также наоборот. Подтвердить данный факт в теоретической работе взялись ученые из EötvösUniversity (Венгрия).

В разработанной учеными модели предполагается, что нанотрубка является закрепленной за 2-а провода, расстояние между которыми составляет около 0,5 микрон. В нанотрубке «заперт» один электрон. К системе применяется внешнее магнитное поле, которое направлено вдоль оси нанотрубки. Оно расщепляет состояние электрона на 2-а энергетических подуровня, которые соответствуют 2-м направлениям спина электрона (по направлению магнитного поля, а также против него).

Колебания нанотрубки можно возбуждать с помощью радиоволн, настроенных на резонансную частоту нанотрубки, как это происходит в некоторых других экспериментах. Ученые уверены, что в таком случае изменения формы нанотрубок изменят орбитальный путь электронов. Также, благодаря сильному спин-орбительному взаимодействию, спин электрона будет переходить из одного состояния в другое. Теоретиками установлено, что для достижения наибольшего эффекта во время переключения, магнитное поле необходимо установлено так, чтобы разность энергий 2-х спиновых состояний полностью соответствовала энергии колебаний нанотрубки.