Физики расположили атомы на экстремально близком расстоянии

Новая техника открывает возможности для изучения экзотических состояний материи и создания новых квантовых материалов. Близость атомов является ключом ко многим квантовым явлениям, так как взаимодействие между атомами усиливается, когда они находятся близко друг к другу. Многие квантовые симуляторы позволяют учёным размещать атомы как можно ближе, чтобы исследовать необычные состояния материи и создавать новые квантовые материалы.

Физики расположили атомы на экстремально близком расстоянии

Физики из Массачусетского технологического института (MIT) разработали метод, который позволяет располагать атомы на расстоянии всего 50 нанометров друг от друга — значительно ближе, чем это было возможно ранее (500 нанометров). Для сравнения, ширина эритроцита составляет около 1000 нанометров. В экспериментах с диспрозием, самым магнитным атомом в природе, исследователи использовали эту технику для расположения двух слоев атомов на расстоянии 50 нанометров друг от друга. На этом расстоянии магнитные взаимодействия оказались в 1000 раз сильнее, чем при разрыве в 500 нанометров.

Учёные обнаружили два новых эффекта, возникающих благодаря такой близости атомов. Усиленные магнитные силы вызвали термализацию (перенос тепла от одного слоя к другому) и синхронизированные колебания между слоями. Эти эффекты исчезали, когда слои атомов удалялись друг от друга на большее расстояние.

«Мы перешли от расположения атомов на расстоянии 500 нанометров к 50 нанометрам, и это открывает множество новых возможностей», — говорит профессор Вольфганг Кеттерле из MIT. «На таком близком расстоянии поведение атомов меняется настолько, что мы входим в новый режим».

Учёные планируют использовать этот метод для манипуляции атомами с целью создания первого чисто магнитного квантового гейта — ключевого элемента для нового типа квантового компьютера. Этот метод также может быть применён для исследования квантовых явлений с различными типами атомов.

Исследование было опубликовано в журнале Science. Команда MIT включает студентов и учёных из Центра ультрахолодных атомов MIT-Harvard, физического факультета и Лаборатории исследований электроники MIT.