Kuantum fiziğinde çığır açan bir araştırma, tek atom düzeyinde manyetik rezonans spektroskopisinin mümkün olduğunu kanıtladı. Bilim insanları, CaWO4 kristali içerisindeki erbiyum iyonunu (Er3+) kullanarak, yakınındaki tek bir niyobyum-93 çekirdeğinin detaylı spektrumunu ölçmeyi başardı.
Araştırmada 10 milikelvin sıcaklıkta mikrodalga foton sayımı tekniği kullanılarak, Er3+ paramanyetik merkezi nanoboyutlu bir manyetik sensör işlevi gördü. Bu yöntemle spin-9/2 özelliğine sahip 93Nb çekirdeğinin NMR spektrumu Hertz düzeyinde hassasiyetle ölçüldü.
Elde edilen verilerden araştırmacılar, 93Nb atomunun kristal içerisindeki yerleşim konumunu, Er3+ iyonuna göre pozisyonunu ve tam kuadrupol tensor değerlerini belirledi. Bu bilgiler, malzemelerin atomik yapısını anlamak açısından kritik öneme sahip.
Çalışmanın en dikkat çekici sonucu, spin Hamiltonyanında daha önce gözlenmemiş iki yeni terimin keşfedilmesi oldu. Birinci terim Er3+ spini ile 93Nb nükleer kuadrupolu arasındaki etkileşimi tanımlarken, muhtemelen spin-bağımlı elektrostatik etkileşimden kaynaklanıyor. İkinci terim ise nükleer hegzadekapol etkisini açıklıyor.
Bu gelişme, tek molekül düzeyinde yapısal ve kimyasal analiz yapabilme potansiyeli taşıması nedeniyle kuantum teknolojileri, malzeme bilimi ve biyofizik alanlarında yeni olanaklar sunuyor.