فیزیکدانان MIT رکورد نزدیکی اتم ها را شکستند
به گزارش بی دانلود، نزدیکی اتم ها برای شبیه سازهای کوانتومی که ابزارهای قدرتمند دانشمندان برای اکتشاف مواد و حالات جدید ماده هستند، خیلی مهم است.
به گزارش بی دانلود به نقل از ایسنا، در قلمرو مکانیک کوانتومی، مجاورت از هر چیز مهم تر است. هر چه اتم ها نزدیک تر باشند، برهم کنش های آنها قوی تر می شود و گنجینه هایی از پدیده های عجیب و غریب را ممکن می کند.
این نزدیکی برای شبیه سازهای کوانتومی، ابزارهای قدرتمندی که دانشمندان برای اکتشاف مواد و حالات جدید ماده استفاده می نمایند، خیلی مهم است. به صورت سنتی، این شبیه سازها اتم ها را با فاصله حداقل ۵۰۰ نانومتر از هم به دام می انداختند، محدودیتی که توسط طول موج نور مورد استفاده برای دستکاری تعیین می شود.
به نقل از آی ای، حالا محققان مؤسسه فناوری ماساچوست(MIT) این مانع را شکسته اند و یک تکنیک پیشگامانه را توسعه داده اند که اتم ها را ۱۰ برابر به یکدیگر نزدیک تر می کند و آنها را تنها با فاصله ۵۰ نانومتری از هم قرار می دهد.
برای درک این فاصله باید اظهار داشت که عرض یک گلبول قرمز تقریبا ۱۰۰۰ نانومتر است که این نزدیکی باورنکردنی به دست آمده را برجسته می کند.
شکستن سد نور
فیزیکدانان معمولا از یک رویکرد دو جانبه برای مرتب کردن اتم ها استفاده می نمایند که شامل دماهای فوق سرد و لیزرهای دارای موقعیت استراتژیک است. لیزرها با طول موج های خاص خود، کوچک ترین الگوی قابل دستکاری را دیکته می کنند که به صورت سنتی روی ۵۰۰ نانومتر که حد تفکیک نوری است، محدود می شود. از آنجاییکه اتم ها به فرکانس های نور خاصی جذب می شوند، موقعیت یابی آنها به نقاط اوج شدت لیزر متکی است. این محدودیت مانع از اکتشاف پدیده هایی شد که به نزدیکی اتمی بسیار نزدیک تری نیاز داشتند.
ولفگانگ کترل(Wolfgang Ketterle)، محقق برجسته این پروژه توضیح می دهد: روشهای فنی کنونی توسط طول موج نور محدود می شوند، نه خود اتم ها. ما یک تکنیک جدید دستکاری نور را کشف کرده ایم که از این محدودیت فراتر می رود.
رقص نور و چرخش
رویکرد محققان روش های موجود را با سرد کردن ابری از اتم ها، در این مورد، دیسپروزیم(dysprosium) که به خواص مغناطیسی قدرتمندش مشهور است، تا نزدیک به صفر مطلق منعکس می کند. این حالتِ تقریبا ثابت امکان دستکاری دقیق با لیزر را فراهم می آورد.
پژوهشگران سپس از دو لیزر استفاده کردند که هر کدام دارای فرکانس های متمایز (رنگ ها) و قطبش دوار (جهت میدان الکتریکی) بودند. هنگامی که این پرتوها با ابر اتمی فوق سرد تعامل می کنند، اتم ها می توانند چرخش ها یا اسپین های خویش را در جهت مخالف هم تراز کنند و قطبش لیزرها را منعکس کنند. این اساساً دو گروه از اتم های یکسان را بوجود می آورد که بر مبنای جهت اسپین شان متمایز می شوند.
هر لیزر یک موج ایستاده را تشکیل می دهد که الگویی با شدت میدان الکتریکی متغیر با فاصله ۵۰۰ نانومتر است. این امواج به علت قطبش های متفاوتشان، گروههای اتمی خاص را بر مبنای اسپین خود جذب کرده و به هم می بندند.
محققان با همپوشانی و تنظیم دقیق لیزرها توانستند به فاصله ۵۰ نانومتری بین شدت اوج دست یابند و به صورت مؤثر گروههای اتمی را با همان فاصله از هم جدا کنند.
با این وجود، این دستکاری ظریف احتیاج به پایداری لیزری استثنایی دارد تا حتی در مقابل کوچکترین اختلالات محیطی مصون باشد. محققان به طرز هوشمندانه ای با هدایت هر دو لیزر از راه فیبر نوری به این چالش غلبه کردند و اساساً آنها را نسبت به یکدیگر هماهنگ کردند.
لی دو، نویسنده اصلی این مقاله توضیح می دهد: فیبر حتی با وجود ارتعاشات خارجی قابل توجه، اطمینان حاصل کرد که دو پرتو لیزر نسبت به یکدیگر کاملا پایدار می مانند.
پرده برداری از قدرت مجاورت
این تیم برای آزمایش اولیه خود از اتم های دیسپروزیم بهره برد که یک فلز خاکی کمیاب و دارای خواص مغناطیسی استثنایی، بخصوص در دماهای بسیار سرد است. با این وجود در سطح اتمی، این فعل و انفعالات مغناطیسی حتی در طیف ۵۰۰ نانومتر ضعیف هستند. این اتم ها مانند آهنرباهای معمولی هرچه به هم نزدیکتر باشند، جاذبه میان آنها قوی تر است.
محققان این فرضیه را مطرح نمودند که تکنیک آنها با قرار دادن اتم های دیسپروزیم در فاصله ۵۰ نانومتری می تواند برهمکنش هایی را که قبلاً غیر قابل تشخیص بود، آشکار کند.
کترل می گوید: این فعل و انفعالات مغناطیسی که قبلاً ناچیز بودند، در چنین فاصله نزدیکی به طرز باورنکردنی قوی می شوند.
این آزمایش ظن پژوهشگران را تأیید کرد. آنها با فوق سرد کردن اتم های دیسپروزیم، تقسیم آنها به لایه های مبتنی بر اسپین با لیزر و تثبیت لیزرها با فیبر نوری، با موفقیت به نزدیکی ۵۰ نانومتری دست پیدا کردند که نزدیک ترین آرایشی است که تابحال در آزمایش های اتم فوق سرد به دست آمده است.
این نزدیکی چشم گیر به صورت قابل توجهی برهمکنش های مغناطیسی طبیعی بین اتم ها را تقویت کرد و آنها را نسبت به فاصله ۵۰۰ نانومتری هزار برابر قوی تر کرد.
این تیم دو پدیده کوانتومی اعجاب انگیز را مشاهده کرد؛ یکی نوسان جمعی که در آن ارتعاشات در یک لایه سبب ایجاد ارتعاشات همزمان در لایه دیگر می شود و دیگری گرماسازی که در آن انتقال حرارت بین لایه ها تنها از راه میدان های مغناطیسی نوسانی درون اتم ها رخ می دهد.
لی دو توضیح می دهد: پیش از این، تبادل حرارت بین اتم ها به تماس فیزیکی مستقیم نیاز داشت. در اینجا ما شاهد لایه های اتمی بودیم که توسط خلأ جدا شده اند و صرفا از راه نوسانات مغناطیسی تبادل گرما می کردند.
طلوع جدیدی برای اکتشاف کوانتومی
این پژوهش از یک تکنیک انقلابی برای قرار دادن انواع مختلف اتم در مجاورت نزدیک پرده برداری کرده است. همینطور پدیده های کوانتومی جذابی را که با نزدیک شدن اتم ها به شکل باورنکردنی به هم ظاهر می شوند، روشن می کند.
این دانش، راه را برای توسعه مواد کوانتومی جدید و به صورت بالقوه برای سیستم های اتمی مغناطیسی در کامپیوتر های کوانتومی هموار می کند.
کترل در نتیجه گیری خود اظهار داشت: ما اساساً درحال معرفی روش های با وضوح فوق العاده در زمینه شبیه سازی کوانتومی هستیم. این روش درها را به روی تعداد زیادی از احتمالات باز می کند و ما به صورت فعال درحال بررسی کاربردهای مختلف این تکنیک هستیم.
منبع: beedownload.ir
این مطلب را می پسندید؟
(0)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب