| 14 января 2022 | Новости науки и техники

Китайские ученые произвели высококачественную съемку единственного атома на наносекундной шкале времени

Снимок атома


Группа исследователей из китайского Научно-технического университета (USTC) китайской Академии наук добились значительного прогресса в реализации технологии сверхскоростной съемки со сверхвысокой разрешающей способностью, которая позволила им запечатлеть поведение единственного атома, точнее иона, охлажденного до сверхнизкой температуры и заключенного внутри ионной ловушки. Положение атома на снимках определяется с точностью в 10 нанометров, а промежуток времени между отдельно взятыми снимками, кадрами, составляет всего 50 наносекунд.

Системы из охлажденных до криогенных температур атомов являются идеальной платформой для изучения причудливых явлений квантовой механики. Более того, на подобных системах проводятся экспериментальные исследования в области квантового моделирования, квантовых вычислений и квантовых измерений. Одним из основных методов таких исследований является высокоскоростная съемка со столь высокой разрешающей способностью, которая позволяет увидеть отдельные атомы.

Однако, все, даже недавно разработанные системы съемки ограничены по разрешающей способности фундаментальным пределом оптической дифракции. Другими словами, разрешающая способность таких систем не может превышать длину волны используемого для освещения света. И это делает практически невозможным изучение квантовых явлений, связанных с волновыми функциями света или элементарных частиц.

Китайские исследователи объединили технологию микроскопии с высокой разрешающей способностью STED (Stimulated Emission Depletion) с технологиями инициализации и считывания квантового состояния отдельного атома. И такой симбиоз двух совершенно различных областей физики позволил им впервые получить прямое изображение атома (иона) с высокой разрешающей способностью.

Результаты экспериментов показали, что пространственное разрешение нового метода позволяет с легкостью обойти ограничения дифракционного предела. Разрешающая способность в 175 нм может быть получена при помощи объектива со значением апертуры в 0.1. Как уже упоминалось выше, точность определения положения атома на снимках составила 10 нанометров, а время между кадрами - 50 наносекунд, что уже вполне позволяет производить съемку процессов гармонических колебаний иона в ловушке. С теоретической точки зрения, дальнейшее увеличение значения апертуры и улучшение качества света позволят в будущем получить пространственную разрешающую способность ниже 10 нанометров.

Новая экспериментальная технология съемки может быть адаптирована для изучения систем из нескольких холодных тел, оптических решеток, оптических пинцетов из отдельных атомов и гибридных систем из атомов и ионов. А возможности этой новой технологии позволят ученым впервые увидеть то, что они раньше видеть не могли и то чем они только догадывались, что, в свою очередь, может обеспечить ряд важных прорывов в разных областях науки и техники.




Ключевые слова:
Съемка, Атом, Ион, Ловушка, Точность, Разрешающая, Способность, Скорость, Кадр, Время

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Впервые проведена магнитно-резонансная томография одного единственного атом ...
  • Технология электронной голографической микроскопии добралась до уровня атом ...
  • Новая МРТ-технология позволяет получить снимки молекул с высочайшей разреша ...
  • Графеновая "чашка Петри" позволяет измерять отдельные атомы
  • Ученым удалось измерить уровни корреляции Белла в квантовой системе, состоя ...




  • 15 января 2022 19:52
    #1 Написал: mkz

    Публикаций: 0
    Комментариев: 119
    Я прошу прощения, а нельзя простыми словами объяснить? Вот этот опыт - он нарушает принцип неопределённости Гейзенберга? Тот самый, фундаментальный. Когда точность определения положения означает неопределённость импульса. То есть определили положение атома - за счёт изменения его импульса. И принципу неопределённости по барабану - длинна волны света и вообще любой другой принцип определения положения. На то он и фундаментальный. Если не нарушает (и не может, насколько мы знаем законы природы) - то какая разница, обошли там дифракционный предел или нет. У света большая длинна волны? Возьмите электроны. У электронов большая длинна волны для определения положения атома? Возьмите протоны или ещё что потяжелее. Тогда понятно будет, что если атом (хоть при криогенной температуре, хоть при комнатной) долбануть другим атомом, то на месте он не останется. И если долбали не атомом, а фотонами, но достигли такой-же точности - согласно принципу неопределённости Гейзенберга - атома на том-же месте тоже не останется. Хоть ты сверхскоростную съёмку используй, хоть ультра скоростную.
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.