一次實驗室事故幾乎燒毀了他們的儀器，但也讓他們意識到諾貝爾獎得主尼古拉斯·58年前，布隆伯根提出了一個想法：用電場操縱單個原子核。

　　3月11日，新南威爾士大學的研究小組在《自然》雜志上發(fā)布了一份文件。報告成功地實現了核電共振，只使用電場改變了單個原子核的量子狀態(tài)。這一想法最初由諾貝爾獎得主尼古拉斯公司提出·布隆伯根（NicolaasBloembergen）它是在1961年提出的，但以前從未實現過。如果核電共振能夠得到廣泛應用，它可能會在科學研究和應用中動搖磁共振“壟斷”地位，甚至對量子計算機的研發(fā)起著重要的作用。

　　對于研究團隊來說，這一成就完全是一個驚喜——他們以前甚至沒有聽說過布隆伯根的想法。正是儀器爆炸使他們找到了一個新的研究方向。

　　一次愉快的實驗事故

　　研究小組最初的計劃是對單個銻原子進行核磁共振。這篇論文是由舍爾旺共同組成的·阿薩德（SerwanAsaad）博士解釋說：“我們最初的目標是探索量子世界和經典世界之間的邊界，而經典世界是基于核自旋混沌行為。這是一個好奇心驅動的項目，我們沒有計劃任何應用程序方向。”

　　“但在實驗開始后，我們發(fā)現了一些不太正確的地方。原子核的行為很奇怪。它拒絕對某些頻率做出反應，但對其他頻率做出強烈反應，”另一個共同作文森特·穆爾瑞克（VincentMourik）博士說，“有一段時間，我們感到非常困惑，直到某個時刻，我們意識到這是核電共振，而不是核磁共振。”

　　阿薩德博士繼續(xù)說：“事實上，我們制造了一種儀器，包括一個銻原子和一個特殊的天線。我們計劃制造高頻磁場來控制原子核。這個實驗需要高強度的磁場，所以我們對天線施加了大量的動力，然后它就爆炸了!”

　　穆里克指出，如果原子核像磷原子一樣小，儀器在天線爆炸后肯定不能使用，“但是我們使用銻原子，儀器可以繼續(xù)工作。爆炸后，天線產生的不是磁場，而是強大的電場。我們重新發(fā)現了核電共振?！?/p>

　　被遺忘的想法

　　當時，研究小組沒有意識到他們第一次實現了諾貝爾獎得主尼古拉斯·布隆伯根在半個世紀前提出了這個想法。研究通訊作者.UNSW優(yōu)秀的量子工程教授（ScientiaProfessor）安德里亞·莫萊羅（AndreaMorello）說：“我一生中花了20年時間研究自旋共振，但我真的沒有聽說過核電共振。我們重新發(fā)現了這種效應。這完全是一個意外。我從沒想過要找到它。最早的實驗驗證嘗試遇到了許多困難?，F在整個核電共振領域已經沉睡了半個多世紀?！?/p>

　　莫萊羅教授.穆里克博士和阿薩德博士。圖片來源：UNSW

　　核電共振的原理類似于核磁共振，兩者都利用了原子的自旋。在原子內，核電荷的分布受到核旋轉的影響，形成一個沿核旋轉方向的旋轉橢球體。核四極矩與電子產生的電場的相互作用是核四極的相互作用。在1961年發(fā)表的一篇論文中，尼古拉斯·布隆伯根提出自旋I>1/2.在一定條件下，核電四極矩不為零的原子核可以通過共振電場來調節(jié)其核電四極相互作用，從而改變核自旋。

　　然而，當時的核磁共振技術比核磁共振技術成熟得多，布隆伯根本人就是先驅之一。早在20世紀40年代末，布隆伯根在哈佛大學讀研究生時，他就和導師愛德華一起學習·珀塞爾（EdwardPurcell）共同開發(fā)核磁共振技術。到20世紀70年代初，核磁共振成像儀開始用于體檢，然后將其應用于更多領域。布隆伯根也轉向了激光光譜學研究，因此他分享了1981年諾貝爾物理學獎。核電共振的想法似乎逐漸被遺忘。

　　打破核磁共振“壟斷”

　　現在，新南威爾士大學的研究小組已經證明，它可以用電場改變原子核的自旋，并使用計算機建模進行分析。他們已經證明，原子核電共振是一種真正的微觀現象：電場扭曲了原子核周圍的鍵，迫使其轉向。

　　用磁場和電場控制原子自旋有什么區(qū)別？莫萊羅用桌球臺比喻，他說：“磁共振就像舉起整個桌子，搖晃它來控制一個球。我們確實可以移動那個球，但我們也可以移動其他球。電共振是一個突破，這相當于給你一個臺球桿，你可以用它準確地擊中一個球。”

　　如今，磁共振技術已廣泛應用于醫(yī)學領域.化學.在采礦和其他領域，作者指出，如果應用于納米尺度，電共振的優(yōu)勢遠遠大于磁共振。磁場通常依賴于大的線圈和強大的電流，而且磁場很難在小范圍內受到限制；相比之下，小電極的尖端可能產生強大的電場，電場更容易受到限制或屏蔽。

　　研究作者認為，如果將原子核用量子點連接起來，可以通過電場控制并實現可能有助于在不依賴共振磁場的情況下開發(fā)基于原子核自旋和電子自旋的硅量子計算機。

　　“這一發(fā)現意味著我們找到了一種方法，可以利用單原子自旋制造量子計算機，而不依賴共振磁場，”莫萊羅說，“在量子科學中，我們還可以使用原子核作為高精度傳感器來檢測電場和磁場，甚至回答基本問題?！?/p>