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 …
  • Графеновая «чашка Петри» позволяет измерять отдельные атомы
  • Ученым удалось измерить уровни корреляции Белла в квантовой системе, состоя …
  • Новая МРТ-технология позволяет получить снимки молекул с высочайшей разреша …
  • Share Button

    Материалы по теме:

    Долгая «охота за темной материей» принесла первые и неожиданные результаты
    Ученые, задействованные в реализации международного проекта XENON, самого высокочувствительного датчика в мире на сегодняшний день, ориентированного на поиски темной материи, объявили о факте регистрации ...
    Физикам удалось создать в лабораторных условиях новый тип странных квазкристаллов
    Ученые-физики и химики из университета Брауна впервые создали самособирающуются квазикристаллическую решетку, состоящую из квантовых точек строго определенной формы. Подобные квазикристаллические решетки уже не раз ...
    Первый в мире электродвигатель, изготовленный при помощи технологий трехмерной печати
    Инженеры из Производственного технологического Центра Ковентри (Coventry Manufacturing Technology Centre, MTC), Великобритания, создали то, что можно охарактеризовать, как первый в мире электрический двигатель, изготовленный ...
    Время «жизни» бозона Хиггса было измерено с точностью септиллионных долей секунды
    Ученые из Европейской организации ядерных исследований CERN провели измерения времени "жизни" бозона Хиггса с самой большой точностью на сегодняшний день. Так как эта загадочная ...
    В рамках эксперимента Cold Atom Laboratory на борту космической станции было создано самое холодное место в космосе
    Представители американского космического агентства НАСА сообщили, что ученые-астронавты, используя установку Cold Atom Laboratory (CAL), доставленную на борт Международной космической станции в мае этого года, ...
    You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

    Leave a Reply

    Яндекс.Метрика