Одиночного атома достаточно для создания квантовой электроники, превосходящей существующую технику. "Атомная камера", разработанная на основе атома рубидия, позволяет изучать мельчайшие структуры, наблюдение за работой которых существующими методами микроскопии почти невозможно.
Микроскопия на атомном уровне
В Японии создали новую методику визуализации, названную "атомной камерой". Основой методики служит единственный атом, достаточный для создания квантового микроскопа. Его разрешение значительно превосходит возможности современных оптических приборов.
Цель проекта группы ученых — создание инструментов нового поколения для производства квантовых компьютеров, систем связи и нанооптики. Внутри таких устройств критически важно отслеживать движение света, точно измеряя его интенсивность и поляризацию.
"Разработка этого подхода открывает ученым новые горизонты для наблюдения за наноразмерными оптическими структурами. Их изучение ранее было крайне затруднено существующими методами", — подчеркнули разработчики.
Непревзойденная точность измерений
Ученые применили одиночный атом рубидия, щелочного металла, охлажденный почти до абсолютного нуля. Исследователи удерживали его в позиции с помощью оптической ловушки из лазерных лучей. Такие атомы, размещенные внутри или рядом с квантовыми компьютерами либо иными наноустройствами, не мешают их работе. Это ключевое отличие от существующих систем наблюдения.
Разрешение традиционных приборов существенно уступает квантовому микроскопу, созданному на базе одного атома рубидия.
Принцип работы атомного сенсора
Положение атома внутри ловушки изменяется при взаимодействии с фотонами, излучаемыми исследуемым устройством или иными наноисточниками. Эти изменения поддаются точному измерению. Это позволяет получать данные о свойствах световых частиц с почти абсолютной точностью. Погрешность ограничена лишь квантовыми флуктуациями положения атома.
Эксперименты подтвердили: атом рубидия способен отслеживать малейшие вариации в интенсивности свечения и поляризации лазерного луча. Пространственное разрешение достигло 100 нанометров, что намного превосходит возможности оптических микроскопов.
История атомных технологий
В 2006 году исследователи из института нанонаук Делфтского технического университета (Нидерланды) освоили манипуляции с единичным атомом. Их "одноатомный" транзистор использовал кремниевый нанопровод шириной 35 нанометров. Ток протекал через единственный примесный атом мышьяка.
В 2017 году IBM объявила о создании самого маленького в мире магнита на основе одного атома и его практическом применении. Специалисты компании продемонстрировали: два атомных магнита способны независимо записывать и считывать данные. Это работает даже при расстоянии между ними всего в один нанометр (одна миллионная ширины булавочного острия). Такая плотность размещения магнитных носителей открывает путь к созданию накопителей. Их плотность данных потенциально в тысячу раз превысит показатели современных HDD и SSD.
Источник: biz.cnews.ru
