Квантовый микроскоп

Физики Гарвардского университета создали микроскоп квантового газа, который может быть использован для наблюдения отдельных атомов на таких низких температурах, когда частицы, следуя правилам квантовой механики, ведут себя необычно. Работа, опубликована 5 ноября в "the journal Nature". Впервые ученые обнаружили отдельные атомы в прозрачной структуре, сделанной исключительно из света, названой оптическая решетка Bose Hubbard. Эти эксперименты ученых часть большого исследования направленного на разработку новых материалов на квантовой основе. "Ультрахолодные атомы в оптических решетках могут использоваться как модель, которая может помочь в понимании физики сверхпроводимости или квантового магнетизма," говорит руководитель исследования Маркус Греинер, доцент физики Гарвардского университета.Квантовый газовый микроскоп, разработанный Греинером и его коллегами - устройство с высокой разрешающей способностью, способное просматривать отдельные атомы - в этом случае атомы рубидия - занимающие отдельные, близко расположенные узлы решетки.Атомы рубидия при исследовании охлаждены до -273 градуса Цельсия. "При таких низких температурах, атомы подчиняются законам квантовой механики, заставляя их вести себя очень неожиданными способами," объясняет первый автор Уозим Бакр, аспирант на физическом факультете Гарварда. "Квантовая механика позволяет атомам стремительно передвигаться вне пределов решетки, не встречая сопротивления. С нашим микроскопом мы можем наблюдать совместную работу десятков тысяч атомов, выполняющих эти удивительные подвиги." Греинер и коллеги представили изображения отдельных атомов рубидия, ограниченных оптической решеткой, в проекции генерируемых лазером голографических моделей. Атомы рубидия соседствуют на расстоянии только 640 миллимикронов друг от друга, что позволяет им стремительно проделывать свой путь сквозь решетку. Заключение квантового газа - такого как конденсат Бозе-Эйнштейна - в такие оптически порожденные решетки создает систему, которая может быть использована для моделирования сложных явлений в конденсированных средах, таких, как сверхтекучесть. До сих пор, только объёмные свойства таких систем могли быть изучены, но способность нового микроскопа обнаруживать множества тысяч отдельных атомов дает ученым возможность манипулирования фундаментальными свойствами вещества, позволяя изучить эти моделируемые системы в намного большем количестве деталей, и возможно также создавая системы считывания отдельных участков для квантовых вычислений. "Есть много нерешенных вопросов, касающихся квантовая материалов, таких как высокотемпературные сверхпроводники, которые теряют все электрическое сопротивление, если они охлаждаются до умеренных температур," говорит Греинер."Мы надеемся, что эта модель системы ультрахолодных атомов может дать ответы на некоторые из этих важных вопросов, что открывает путь для создания новых квантовых материалов с пока еще неизвестными свойствами". Соавторами Греинера стали: Уозим С. Бакр, Джонотан Гиллен, Эми Пенг и Саймон Фоеллинг, весь физический факультет Гарварда. Их работа выполнена при поддержке Национального научного фонда США, бюро ВВС по научным исследованиям, Военного Исследовательского управления, агентства по обороне и перспективным исследовательским проектам, а также Фонда Альфреда Слоуна.