研究人员利用射频波控制单个原子核的磁自旋，实验结果与他们对原子磁性的既有理解相冲突。该实验在代尔夫特理工大学完成，论文发表于 Nature Communications，表明核自旋可以在研究者预期其不会响应的条件下被操控。

与电子相关的较强磁性不同，核磁性极弱，且与周围环境的隔离程度更高。第一作者兼通讯研究者 Sander Otte 表示，最强的磁性来自电子，但在某些原子中原子核同样带有自旋；该自旋弱得多，同时也受到外界更充分的屏蔽。

原子核的意外响应

为在原子尺度上研究磁性，Otte 团队使用改进型扫描隧道显微镜，可向单个原子施加电信号。此前的实验主要考察电子自旋，因其更易探测和操控。核自旋则可通过超精细相互作用间接观测，该相互作用是电子磁性与原子核磁性之间的量子耦合。

在新实验中，第一作者 Hester Vennema 与同事同时施加两路信号，一路作用于电子，另一路作用于原子核。通过分别考察两者的效应，研究者发现，即使在核自旋与电子自旋基本解耦的情况下，仍可翻转核自旋。这与他们的预期相矛盾：原子核本不应独立响应显微镜的电信号。

Otte 表示，按照他们的简单理解，这一现象本不应发生；核自旋对扫描隧道显微镜的电信号本应完全不敏感。

用精确频率操控原子磁性

研究者将双磁共振这一成熟技术适配到单原子体系，从而实现上述控制。该方法使用分别调谐至原子核与电子各自磁共振频率的信号，对二者独立寻址。在量子力学中，自旋只能在特定的允许状态之间跃迁，每一次跃迁都需要相应频率的信号。

Vennema 将其类比为吉他琴弦：每一种可能的自旋旋转都像一根具有特定音高的弦，必须精确奏出对应音高才能使该弦振动；核自旋的音高比电子自旋低一百到一千倍。

对量子信息存储的意义

核自旋是存储量子信息的有前景候选体系，因为它们相对不易受外部扰动破坏，而这类扰动会破坏脆弱的量子态。对单个核自旋的操控能力最终可能支撑量子信息存储与读取的新方法，但实际应用仍属未来可能性。

就目前而言，该实验留下一个基础性问题：在核自旋与电子自旋的耦合不足以解释观测行为的情况下，是什么物理机制使核自旋产生响应。理解该过程需要进一步研究。

Otte 表示，这意味着要回到起点重新思考；科学运作的方式正是如此，总有新的问题有待厘清。

参考文献：Hester G. Vennema、Cristina Mier、Evert W. Stolte、Leonard Edens、Jinwon Lee、Sander Otte，Nuclear magnetic resonance on a single atom with a local probe，Nature Communications，2026年10月24日。DOI: 10.1038/s41467-026-78801-5