Атомов хари близняшки

Разработан первый в России атомный чип.

Команда из Высшей школы экономики, Института спектроскопии РАН и Московского физико-технического института разработала чип на холодных атомах. Холодные атомы используют в сферах, где необходима высокая точность, сейчас исследователи работают над созданием атомных часов, которые могут использовать на космических аппаратах и Международной космической станции.

Чипы на холодных атомах — устройства, способные захватывать и удерживать атомы, доведенные до сверхнизких температур. Уже в конце 1970-х ученые Института спектроскопии РАН доказали, что атомарные газы можно эффективно охлаждать лазерным излучением, и провели первый в мире эксперимент. Впоследствии атомные чипы использовались для создания ансамблей холодных атомов.

Но рабочих атомных чипов в России до последнего времени не было. Исследовательская группа из Института спектроскопии РАН, НИУ ВШЭ и МФТИ представила новое решение — первый российский чип на холодных атомах.

Температура атома связана с его энергией и движением. Чтобы снизить скорость, нужно отнять энергию атома и таким образом его охладить. Это возможно при помощи специальной конфигурации лазерных полей вблизи чипа. Атомы рубидия охладили до температуры порядка 200 мкК, чтобы они не выбрались из магнитных ловушек, создаваемых атомным чипом.

Чип состоит из кремниевой пластинки, на которой сформированы микропровода. При пропускании через провода электрического тока вокруг чипа образуются магнитные поля, которые взаимодействуют друг с другом, из-за чего в определенной точке возникает минимум магнитного поля. Атомам энергетически выгодно находиться в областях минимума, поэтому именно в таких ловушках ученые захватывают атомы и затем работают с ними.

Чтобы провода чипа не взрывались из-за термического перегрева при прохождении электрического тока, ученые использовали провода из серебра и золота толщиной несколько микрометров. Такие условия позволили пропускать ток большей силы, достигающий 10 ампер.

«Холодные атомы используют в приложениях, где требуется высокая точность измерений, например для GPS-навигации. Сейчас мы занимаемся разработкой атомных часов, которые могут быть использованы на спутниках. Принцип их работы основан на том, что генератор частоты должен постоянно поддерживать эталонную частоту, а значение этой частоты связано с атомным переходом рубидия под воздействием микроволнового излучения,— объясняет доцент базовой кафедры квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН НИУ ВШЭ Антон Афанасьев.— Спектры возбуждения атомов помогают понять, как взаимодействует электромагнитное излучение с атомами. Чем ниже температура атомов, тем более узкие спектральные линии получаются и тем точнее их можно измерить. В нашем случае — тем точнее будут часы».

Атомные чипы можно использовать не только как источник холодных атомов, но и как сложное самостоятельное устройство. Исследователи предлагают измерять с помощью атомных чипов гравитационные поля.

Источник:

https://www.kommersant.ru/doc/5733399

Близняшки

Фото 60-70хх годов прошлого века.

Создан новый ионно-оптический квантовый микроскоп, способный "видеть" отдельные атомы.

Группа исследователей из университета Штутгарта разработала новый ионно-оптический микроскоп, который за счет использования квантовых эффектов способен создавать изображения отдельных атомов. Отметим, что за последние годы ученые создали множество вариантов так называемых газовых квантовых микроскопов, но их разрешающая способность позволяет рассматривать объекты, величиной около 0.5 микрометра. Это достаточно для того, чтобы иметь возможность рассмотреть обособленные группы атомов и теперь немецкие исследователи раздвинули границу человеческого визуального восприятия до уровня отдельных атомов.Ключевым компонентом нового микроскопа является так называемая электростатическая линза, через которую и на поверхности которой могут передвигаться заряженные частицы, такие, как электроны и ионы. Электростатические линзы работают подобно обычным линзам, используемым в обычных камерах и камерах телефонов. Но если обычные линзы преломляют и фокусируют свет за счет кривизны своей поверхности, то электростатические линзы делают все то же самое при помощи "облаков" ионов, движущихся по их поверхности. Более того, оптические параметры электростатических линз очень легко изменять, изменяя прикладываемый к ним электрический потенциал и, следовательно, силу электрического поля.В новом микроскопе ученые использовали "пакет" из трех электростатических линз разного типа и устройство, обеспечивавшего передачу на поверхность этих линз только ионов какого-то одного определенного типа. Кроме этого, в конструкции микроскопа имеется специальная ловушка, в которой удерживаются атомы, которые являются объектами съемки.Снимки отдельных атомовВ своих экспериментах ученые использовали охлажденные до ультранизких температур атомы рубидия, удерживаемые в ячейках оптической решетки. Собственно съемка производилась путем подачи импульсов лазерного света, что привело к фотоионизации атомов, превратившихся в ионы рубидия. За счет некоторых эффектов эти ионы оставались практически неподвижными на своих местах в течение 30 наносекунд, запутываясь на квантовом уровне со все большим количеством расположенных неподалеку ионов. И после этого они были выпущены в рабочее пространство микроскопа, где и была произведена съемка.Тестирование возможностей нового микроскопа показало, что при его помощи можно увидеть отдельные элементы, размерами от 6.79 до 0.52 микрометра с 532-нанометровыми интервалами между ними, что делает вполне возможным получение изображений отдельных атомов. А величина глубины создаваемого изображения составляет 70 микрометров, чего хватает для создания реальных трехмерных изображений.

Серёжа Каштри, "Нина & Зина"