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(xiàn)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(xiàn)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(jīng)典世界之間的邊界，而經(jīng)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(xiàn)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?！?/p>

　　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(chǎn)生的不是磁場，而是強大的電場。我們重新發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)在整個核電共振領域已經(jīng)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(nèi)，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(chǎn)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(xiàn)在，新南威爾士大學的研究小組已經(jīng)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(jīng)證明，原子核電共振是一種真正的微觀現(xiàn)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?！?/p>

　　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(nèi)受到限制；相比之下，小電極的尖端可能產(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)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>