Разрешение в 100 нанометров: новый квантовый микроскоп работает на одном атоме

Японские физики из Национальных институтов естественных наук (NINS) разработали подход, позволяющий использовать одиночные атомы рубидия в качестве основы для квантового микроскопа, способного получать снимки с более высоким разрешением, чем у традиционных оптических приборов.

Новую методику визуализации исследователи назвали «атомной камерой».

Разработка велась под руководством профессора Института молекулярных наук NINS Кэндзи Омори в рамках проекта по созданию нового поколения инструментов для квантовых компьютеров, систем связи и нанооптики. Для разработки и управления такими устройствами необходимы микроскопы, способные отслеживать движение света внутри них и измерять его интенсивность и поляризационные характеристики.

Учёные выяснили, что для этих целей можно использовать одиночные атомы щелочных металлов, удерживаемые на месте и охлаждённые почти до абсолютного нуля с помощью оптической ловушки из лазерных лучей. Такие атомы можно размещать внутри или рядом с квантовыми устройствами, не нарушая их работу, что отличает новый метод от существующих систем наблюдения.

Когда атом взаимодействует с фотонами, его положение в оптической ловушке и энергетические характеристики свободного электрона измеримым образом меняются. Это позволяет измерять свойства света с почти абсолютной точностью, ограниченной лишь квантовыми флуктуациями, сообщает ТАСС.

В ходе экспериментов атом рубидия позволил отслеживать небольшие изменения интенсивности свечения и поляризации лазерного луча с пространственным разрешением в 100 нанометров, что значительно превосходит возможности оптических микроскопов. В перспективе это даст возможность наблюдать процессы с участием света на сверхмалых масштабах, что ускорит разработку нанооптики, квантовых компьютеров и сенсоров.