在高精度磁感（gǎn）應探測、量子計算機（jī）等方麵（miàn），電子自旋都發揮著重要作用。據物理（lǐ）學（xué）家組織網近日報道，德國康斯坦茨大學科學家從理論上研究了將（jiāng）電子自旋（xuán）和碳（tàn）納米管量子點耦合在一起的可能性（xìng），結果顯示，碳納米管機械振動會極大影（yǐng）響它所捕（bǔ）獲電子的自旋（xuán）狀態，而碳納米管本身也會（huì）受到電子自旋的影響。研究人員指出，發現這種內（nèi）在的（de）強自旋?機械耦合對（duì）研究磁性與物質納米（mǐ）傳（chuán）感器、量子計算及其他納米應用設備（bèi）具有重要意義。相關論（lùn）文發表在近日出版的《物理評論快報》上。

      研究人員從理論上讓自（zì）旋軌道和碳納米管量子點耦合在一起。在論文中（zhōng），他們設想把一段碳納米管懸置在一個溝槽（cáo）上，讓納米管發揮（huī）聲子腔（qiāng）的功能。而後通過一種類似於天線的形式從外部接近共振器來促發共振，將（jiāng）電荷和碳納米管耦合在一起，碳納米管（guǎn）由於固有的硬（yìng）度而（ér）按照自身頻率（lǜ）振（zhèn）動起來（lái）。通過檢測其振幅，就能檢測出代表耦合的理想（xiǎng）自旋態。

      該校物理係教（jiāo）授（shòu）蓋多?博卡德解釋說（shuō），即使接近絕對零度（-273.15攝（shè）氏度），溫度也會對係統行為（wéi）造成影（yǐng）響。此外，係統退相幹還受聲子放射（一（yī）種量子化的聲波放射）的影響，使自旋鬆弛。在（zài）原子?光量子係統中，自旋鬆弛（chí）就像是自發放出一個光子，但原子自發（fā）放射可以用光腔來抑（yì）製，光腔具有強耦合機製，能讓（ràng）光子（zǐ）在消失之前，在足夠長（zhǎng）的光腔中被吸收、放射許多次。

      “這就是納米（mǐ）機械共振的概念。”博卡德解釋說，“在我們的研究中，碳納米管作為聲子腔能產（chǎn）生與此類似的效應。如果共振器模型與自旋（xuán）反轉所（suǒ）需的塞曼能量相共振（zhèn），量子信息就會在自旋和聲子之（zhī）間來回轉移；如（rú）果不共振，自旋量子比特的壽命就會得到延長（zhǎng）。而後者也是量子信息處理器所要研究的。”

      該研（yán）究（jiū）的重要影響還在（zài）於它能提（tí）高納米管在傳（chuán）感應用方（fāng）麵的性能（néng）。博卡德說，磁感應是以電（diàn）子自旋（xuán）對外部磁場的敏感度為基礎的。當電子（zǐ）自旋和（hé）機械（xiè）共振器（比如振動碳納米管，通過對電（diàn）子的限定而攜帶一個電荷）耦合時（shí），可以用電學方法讀取這一信號。反之，當一個小物體放在共振（zhèn）器（qì）上時，其共振頻率會（huì）發生變化，頻率變化又會影（yǐng）響自旋，可以通過（guò）一種自旋感應電傳檢測設備讀取。物質感應探（tàn）測就是利用了這種頻率變化。

      研究人員表示，他們正在考慮下一（yī）步把該（gāi）研究用於量子信息處理過程，讓自旋（xuán）發揮量子比特作用。“量子力學的一個基本問題是它能適用於多大的物體，讓（ràng）該物體保持（chí）在量（liàng）子疊加狀態。我（wǒ）們知道，電子（zǐ）和單個原子有（yǒu）量子性質（zhì），而我們日常生活中的宏觀物體卻（què）沒有。問題是我們能在多大程度上應用量子法則（zé）。”博卡（kǎ）德說，“我們的研究（jiū）是在單個電子自旋和一個較大物體的機械運動之間生成量子糾（jiū）纏，這一結果有望在自旋讀取研究、新的量子相幹、自旋?自旋耦合機製等方麵打開新的大門。”