Физики из Национального института стандартов и технологи и Университета Колорадо создали метаповерхность, покрытую наностолбиками. Эта линза взаимодействует со светом и способна улавливать и удерживать на протяжении нескольких секунд группу отдельных атомов.
Традиционные оптические пинцеты, за создание которых в 2018 году была вручена Нобелевская премия, представляют собой громоздкие линзы сантиметрового размера и сложные оптические системы. В своей работе, опубликованной в журнале PRX Quantum, исследователи использовали квадратную стеклянную пластину длиной около 4 мм. Ученые нанесли на ее поверхность миллионы крошечных столбиков высотой несколько сотен нанометров.
Схема работы устройства. Изображение: Sean Kelley/NIST
Такая оптическая метаповерхность фокусирует лазерный свет, чтобы улавливать, манипулировать и отображать отдельные атомы. В отличие от обычных оптических пинцетов, устройство может работать в вакууме, в котором находится облако захваченных атомов.
Падающий свет, имеющий особенно простую форму, известную как плоская волна, поражает группы крошечных наностолбиков, объясняют ученые. Группы наностолбиков превращают плоские волны в серию маленьких волн — вейвлетов, каждая из которых немного рассинхронизирована с соседней. В результате соседние вейвлеты достигают своего пика в несколько разное время. Эти вейвлеты комбинируются или «мешают» друг другу и фокусируют всю свою энергию в определенном месте — местоположении атома, который должен быть захвачен.
Устройство наностолбиков. Изображение: T.-W. Hsu et al., PRX Quantum
В зависимости от угла, под которым входящие плоские световые волны падают на наностолбики, вейвлеты фокусируются в разных местах, что позволяет оптической системе захватывать ряд отдельных атомов, находящихся в немного разных местах друг от друга. В своей работе ученые использовали метаповерхность, чтобы захватить девять отдельных атомов рубидия. Авторы отмечают, что масштабированная система сможет удерживать сотни отдельных атомов.
Разработанная линза в процессе эксперимента удерживала атомы на месте около 10 секунд. Этого достаточно для изучения квантово-механических свойств частиц и использования их для хранения квантовой информации.
Читать далее:
Ученые сняли на видео странное существо с щупальцами, которое приняли за цветок
На Луне нашли место, где всегда сохраняется комфортная для человека температура
Появился ИИ, который наблюдает за процессами и предлагает новые законы физики