Hampir 60 tahun yang lalu, ahli fizik pemenang Hadiah Nobel Nikolaas Bloombergen meramalkan fenomena baru yang disebut resonans elektrik nuklear. Tetapi tidak ada yang dapat menunjukkannya dalam tindakan – hingga sekarang.
Bukti sebenar resonans elektrik nuklear secara tidak sengaja ditemui di makmal di University of New South Wales (UNSW) di Australia, kerana peralatannya rosak. Terobosan ini memberi para saintis tahap kawalan baru terhadap nukleus dan secara dramatik dapat mempercepat pengembangan komputer kuantum.
Pusat fenomena ini adalah idea untuk mengawal putaran atom individu menggunakan medan elektrik dan bukannya magnet. Ini bermaksud kawalan inti yang lebih tepat, yang boleh mempengaruhi pelbagai bidang sains.
“Penemuan ini bermaksud sekarang kita memiliki kemampuan untuk membangun komputer kuantum menggunakan putaran monatom tanpa memerlukan medan magnet getaran untuk beroperasi,” kata ahli fizik kuantum Andrea Morello dari UNSW.
“Lebih-lebih lagi, kita dapat menggunakan nukleus ini sebagai sensor yang sangat tepat untuk medan elektrik dan magnet, atau untuk menjawab persoalan asas dalam sains kuantum.”
Dalam beberapa keadaan, resonans elektrik nuklear dapat menggantikan resonans magnetik nuklear, yang digunakan secara meluas hari ini untuk pelbagai tujuan: untuk mengimbas badan manusia, unsur kimia, formasi batuan, dan banyak lagi.
Masalah dengan medan magnet adalah bahawa ia memerlukan arus tinggi, gegelung besar, dan ruang yang cukup besar.
Sekiranya anda ingin memantau inti atom individu – mungkin untuk pengkomputeran kuantum atau sensor yang sangat kecil – maka resonans magnetik nuklear bukanlah alat yang sangat baik untuk digunakan.
“Melakukan resonans magnetik seperti mencoba memindahkan bola tertentu ke meja biliar dengan mengangkat dan menggoyangkan seluruh meja,” kata Morello. “Kami akan menggerakkan bola sasaran, tetapi kami juga akan menggerakkan yang lain.”
“Mengambil reonansi elektrik seperti memberi tongkat biliar sebenar untuk memukul bola tepat di tempat yang anda mahukan.”
Semasa eksperimen resonans magnetik nuklear, penyelidik UNSW menyelesaikan masalah yang ditimbulkan oleh Bloombergen pada tahun 1961, dan semuanya berkaitan dengan antena yang pecah. Selepas beberapa hasil yang tidak dijangka, para penyelidik menyedari bahawa peralatan mereka tidak berfungsi – dan menunjukkan resonans elektrik nuklear.
Dengan simulasi komputer berikutnya, pasukan dapat menunjukkan bahawa medan elektrik dapat mempengaruhi nukleus pada tahap asas, memutarbelitkan ikatan atom di sekitar nukleus dan menyebabkannya berubah semula.
Sekarang para saintis mengetahui bagaimana resonans elektrik nuklear dapat berfungsi, mereka dapat meneroka cara baru untuk menggunakannya. Lebih-lebih lagi, kita dapat menambahkannya ke senarai penemuan ilmiah yang semakin meningkat yang telah dibuat secara tidak sengaja.
“Hasil yang luar biasa ini akan membuka banyak harta penemuan,” kata Morello. “Sistem yang kami buat cukup kompleks untuk mengkaji bagaimana dunia klasik yang kita alami setiap hari keluar dari dunia kuantum.”
'Lebih-lebih lagi, kita dapat menggunakan kerumitan kuantumnya untuk membuat sensor untuk medan elektromagnetik dengan kepekaan yang meningkat dengan ketara. Dan semua ini dalam peranti elektronik sederhana yang diperbuat daripada silikon dengan voltan kecil yang dikenakan pada elektrod logam. '
Kajian itu diterbitkan dalam jurnal Nature.
Sumber: Foto: UNSW / Tony Melov
