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 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.