当两个原子相遇时会发生什么？最新研究为你揭晓！一个国际研究小组展示了一种新方法，可以详细了解两个原子相遇时发生了什么。在发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上研究中，该研究小组描述了他们的实验，其中包括密切观察两个原子相互接触的过程。观察两个原子碰撞的想法可能会让一些人感到不安，因为大多数会人想象着核弹爆炸，但并不是所有这样的碰撞都如此戏剧化。
在这项新研究中，研究人员测量了两个原子缓慢接触时发生的磁相互作用。先前的研究表明，原子具有所谓的波函数，这是由其电子基于概率的轨道所定义。先前的研究也表明，当两个原子靠近时，当它们的波形重叠时，一种叫做“交换相互作用”的力就会产生，并且随着这两个原子靠近而增加。交换作用一直在发生，就像把两根手指压在一起，或者在化学实验中。但到目前为止，还没有人能准确地测量出两个原子逐渐靠近时的力，在这个新实验中，研究人员在实验室里做了这样的测量。
研究小组将单个钛原子置于氧化镁层之上，作为绝缘体。接下来把一个铁原子放在扫描隧道显微镜探针的顶端。然后，慢慢地把单个铁原子移向单个钛原子。在此过程中，用两种方法测量了这两个原子的磁效应。第一种是电子自旋共振：一种提供了非常详细的弱相互作用测量技术。第二种方法是使用非弹性电子隧穿光谱法，它在测量较强的相互作用时给出了更好的结果。使用两种测量方法使研究人员在匹配时对结果更有信心，这一过程使研究人员在测量交换相互作用方面达到了一个新的精度水平。
还演示了一种调整原子磁场的可能技术，这种技术在未来的数据存储设备中会很实用。将自旋电子器件缩小到纳米尺度最终需要对单个原子磁矩进行局域控制。在这些长度尺度上，交换相互作用起着重要作用，如自旋量子化轴的稳定、自旋挫折的产生和磁序的产生。在这里演示了对表面上单个原子所经历的交换偏置的精确控制，其能量范围为4个数量级。通过调整自旋-之间的分离，交换相互作用可以从毫伏持续调谐到微伏
扫描隧穿显微镜表面和磁尖上的原子，无缝地结合了非弹性电子隧穿光谱和电子自旋共振来绘制不同的能量尺度。这种对大范围能量交换偏置的控制提供了对自旋态的通用控制，应用范围从量子态性质的精确调谐到局部自旋掺杂的强交换偏置。此外，该证明了时变交换相互作用产生的局域交流磁场共振驱动表面自旋。原子尺度上交换相互作用的静态和动态控制为耦合自旋系统的量子态优化提供了一种新工具。
