فیزیکدانهای دانشگاه هاروارد یک میکروسکوپ گاز کوانتومی ساختهاند که میتواند برای مشاهده اتمهای منفرد در دماهای بسیار پایین مورد استفاده قرار بگیرد.
تولید میکروسکوپ گاز کوانتومی
فیزیکدانهای دانشگاه هاروارد یک میکروسکوپ گاز کوانتومی ساختهاند که میتواند برای مشاهده اتمهای منفرد در دماهای بسیار پایینی که ذرات از قوانین مکانیک کوانتومی پیروی کرده و رفتارهای عجیبی از خود نشان میدهند، مورد استفاده قرار بگیرد.
در این کار محققان برای اولین بار توانستهاند اتمهای منفرد را در یک ساختار بلوری که فقط از نور ساخته شده است، شناسایی کنند. این ساختار بلوری، شبکه اُپتیکی Bose Hubbard نامیده میشود. این کار بخشی از تلاش دانشمندان برای استفاده از گازهای کوانتومی اَبَرسرد در درک و توسعه مواد کوانتومی جدید است.
مارکوس گرینر، استادیار فیزیک دانشگاه هاروارد و یکی از محققان این پژوهش میگوید: «میتوان از اتمهای اَبَرسرد در شبکههای اُپتیکی به عنوان مدلی برای کمک به درک فیزیک ابررسانایی و مغناطیسی شدن کوانتومی بهره برد. انتظار داریم این روش فاصله میان مطالعات میکروسکوپی و ماکروسکوپی سامانههای کوانتومی را پر کرده و به شبیهسازی کوانتومی سامانههای مواد فشرده کمک کند. همچنین امید میرود بتوان از این روش در یافتن کاربردهایی برای پردازش کوانتومی اطلاعات بهره برد».
این میکروسکوپ گاز کوانتومی ابزاری است که قابلیت مشاهده اتمهای منفرد (در این مورد اتمهای ایریدیوم) را با تفکیکپذیری بالا داراست؛ این اتمها فضاهای نزدیک به هم درون شبکه را پر کردهاند. این اتمهای روبیدیوم تا ۵ میلیاردیوم یک درجه بالای صفر مطلق سرد میشوند.
وسیم بَکر از دانشجویان هاروارد میگوید: «در این دمای بسیار پایین، اتمها از قوانین مکانیک کوانتوم پیروی کرده و رفتارهای غیرقابلانتظاری از خود نشان میدهند. مکانیک کوانتومی این امکان را برای اتمها ایجاد میکند که بدون هیچگونه مقاومتی درون شبکه جابهجا شده و تونل بزنند و حتی به شکل غیرمستقر در کل شبکه درآیند. با این میکروسکوپ میتوانیم دهها هزار اتم منفرد را که در کنار هم چنین شاهکاری را خلق میکنند، مشاهده کنیم».
این محققان در مقاله خود تصاویری از اتمهای روبیدیوم منفرد را که در یک شبکه اُپتیکی محدود شدهاند، ارائه نمودهاند. این شبکه اُپتیکی با تابش یک الگوی هولوگرافیک ایجاد شده با لیزر تولید میشود. اتمهای روبیدیوم مجاور فقط ۶۴۰ نانومتر از هم فاصله داشته و این امر امکان تونلزنی سریع آنها در طول شبکه فراهم میآورد.
گرینر میگوید: «در رابطه با مواد کوانتومی پرسشهای حلنشده زیادی همچون ابررساناهای دمابالا که با سرد شدن تا دماهای متوسط تمام مقاومت الکتریکی خود را از دست میدهند، وجود دارد. امیدواریم این سامانه مدل اتمی اَبَرسرد پاسخ برخی از این سوالات مهم را داده و راه را برای ایجاد مواد کوانتومی جدید با ویژگیهای ناشناخته فراهم کند».
این پژوهش در مقالهای در مجله Nature منتشر شده است.
