Ученые MIT разработали новый метод позиционирования атомов, который позволяет размещать их на расстоянии всего в 50 нанометров друг от друга – в 10 раз ближе, чем это было возможно ранее. Для сравнения, ширина красной кровяной клетки составляет около 1 000 нанометров.
Преодоление “светового барьера”
Традиционные методы управления атомами с помощью лазеров позволяли размещать их не ближе 500 нанометров друг от друга из-за ограничений, накладываемых длиной волны света. Однако команда MIT нашла способ обойти это ограничение, используя новый метод манипуляции светом.
Атомы (сферы со стрелками) на расстоянии до 50 нанометров друг от друга
Техника и эксперимент
Исследователи начали с охлаждения облака атомов диспрозия, элемента с сильными магнитными свойствами, до температур, близких к абсолютному нулю (-273,15°C). Затем с помощью двух лазеров с различными частотами и поляризациями специалисты сформировали стоячие волны. Различие в поляризации позволило разделить атомы на две группы по ориентации их спинов.
Ученые отмечают, что даже при значительных внешних вибрациях оптическое волокно гарантировало идеальную стабильность двух лазерных лучей по отношению друг к другу.
Лабораторная установка лазерных систем
Открытие новых феноменов
Благодаря новой технике удалось не только значительно усилить магнитные взаимодействия между атомами, но и наблюдать новые квантовые явления. Например, коллективные колебания, когда вибрации в одном слое вызывают синхронизированные вибрации в другом, и термализацию, когда передача тепла между слоями происходит исключительно за счет флуктуирующих магнитных полей внутри атомов.
Авторы работы объяснили, что раньше для обмена теплом между атомами требовался прямой физический контакт, а сейчас слои атомов, разделенные вакуумом, обмениваются теплом через магнитные колебания.
Данная работа открывает новые возможности для разработки квантовых материалов и может стать основой для создания магнитно-управляемых атомных систем в квантовых компьютерах.