Des chercheurs du Center for Quantum Nanoscience (QNS) au sein de l'Institute for Basic Science (IBS) en Corée du Sud ont fait une percée scientifique majeure en détectant le magnétisme nucléaire, ou "spin nucléaire" d'un seul atome. Dans une collaboration internationale avec IBM Research, l'Université d'Oxford et le Laboratoire international ibérique de nanotechnologie, Les scientifiques de QNS ont utilisé pour la première fois des techniques avancées et nouvelles pour mesurer le spin nucléaire d'atomes individuels sur des surfaces.

Normalement le spin nucléaire, qui décrit le magnétisme du noyau de l'atome, ne peut être détecté qu'en très grand nombre. Les résultats, publié aujourd'hui dans la revue Science , montrent que cela est désormais également possible pour des atomes isolés sur une surface. Pour ce faire, l'équipe a utilisé un microscope à effet tunnel chez IBM Research, qui se compose d'une pointe métallique atomiquement pointue et permet aux chercheurs d'imager et de sonder des atomes uniques.

Les deux éléments qui ont été investigués dans ce travail, fer et titane, sont des atomes qui peuvent avoir un nombre différent de neutrons dans le noyau de l'atome, ce sont les soi-disant isotopes. Seuls certains isotopes de chaque élément ont un noyau avec un spin nucléaire. Il est normalement extrêmement difficile de mesurer les spins nucléaires des atomes individuels. Traditionnellement, un grand nombre de spins nucléaires sont nécessaires, rendant cette avancée si remarquable.

Afin de détecter la présence d'un spin nucléaire dans le cœur d'un seul atome, l'équipe a utilisé l'interaction hyperfine. Ce phénomène décrit le couplage entre le spin nucléaire d'un atome et son homologue électronique, c'est généralement beaucoup plus facile d'accès. Dr Philip Willke du Center for Quantum Nanoscience (QNS), premier auteur de l'étude, dit :"Nous avons découvert que l'interaction hyperfine d'un atome changeait lorsque nous le déplacions vers une position différente sur la surface ou si nous déplacions d'autres atomes à côté. Dans les deux cas, la structure électronique de l'atome change et le spin nucléaire nous permet de le détecter."