مرتب کردن اتم ها در فاصله‌ای بی‌سابقه

خلاصه خبر:

فیزیکدانان MIT تکنیکی ابداع کرده‌اند که به آنها اجازه میدهد اتم‌ها را تا فاصله 50 نانومتری از هم مرتب کنند و از محدودیت‌های قبلی تعیین شده توسط طول موج نور فراتر روند. محققان با دستکاری لایه های اتم دیسپروزیم، برهمکنش های مغناطیسی را 1000 برابر قوی تر مشاهده کردند. آنها همچنین دو پدیده کوانتومی جدید را کشف کردند: نوسانات هماهنگ بین لایه ها و ترمولازیسیون از طریق نوسانات مغناطیسی. این پیشرفت پیامدهایی برای روش‌های وضوح فوق‌العاده، شبیه‌سازی‌های کوانتومی، و توسعه مواد کوانتومی و سیستم‌های اتمی برای محاسبات کوانتومی دارد. محققان قصد دارند اتم های دیگری را کشف کنند و از این تکنیک برای ایجاد یک گیت کوانتومی صرفا مغناطیسی استفاده کنند.

توضیحات تکمیلی:

فیزیکدانان MIT با توسعه تکنیکی که به آنها اجازه می‌دهد اتم‌ها را در نزدیکی 50 نانومتر از هم قرار دهند، به پیشرفت قابل توجهی در آرایش اتم‌ها دست یافته‌اند. به طور سنتی، دانشمندان از نور لیزر برای مرتب کردن اتم‌ها استفاده می‌کردند، اما به دلیل طول موج نور، فاصله آن‌ها به حداقل حدود 500 نانومتر محدود می‌شد. با این حال، تکنیک جدید توسعه یافته توسط فیزیکدانان MIT از این حد فراتر رفته و پیشرفت قابل توجهی در دقت موقعیت یابی ایجاد می کند.

محققان آزمایشاتی را با دیسپروزیم (dysprosium)، مغناطیسی ترین اتم موجود در طبیعت انجام دادند تا اثربخشی رویکرد خود را نشان دهند. آنها با چیدمان دو لایه اتم دیسپروزیم با فاصله دقیق 50 نانومتری، برهمکنش های مغناطیسی را مشاهده کردند که 1000 برابر قوی تر از زمانی بود که لایه ها با فاصله 500 نانومتری از هم جدا شدند.

این پیشرفت در دستیابی به نزدیکی شدید بین اتم ها، دو پدیده کوانتومی جدید را آشکار کرد. در ابتدا، محققان نوسانات هماهنگ بین لایه ها را مشاهده کردند، به این معنی که ارتعاشات در یک لایه باعث می شود لایه دیگر به طور همزمان ارتعاش کند. ثانیا، آنها گرماییش یا ترمولازیسیون را مشاهده کردند، فرآیندی که در آن گرما از یک لایه به لایه دیگر صرفاً از طریق نوسانات مغناطیسی در اتم ها منتقل می شد. این اثرات تنها در فاصله بسیار نزدیک 50 نانومتری مشاهده شد و با فاصله بیشتر لایه ها از هم کاهش یافت.

نیروهای مغناطیسی افزایش یافته به دست آمده از نزدیکی اتم ها پیامدهای گسترده ای دارد. فیزیکدانان MIT معتقدند که تکنیک آنها می تواند برای مطالعه اتم های دیگر و کشف پدیده های کوانتومی مختلف به کار رود. علاوه بر این، آنها قصد دارند از این رویکرد برای ایجاد اولین گیت کوانتومی صرفا مغناطیسی، یک بلوک ساختمانی حیاتی برای نسل جدیدی از کامپیوترهای کوانتومی استفاده کنند.

توانایی موقعیت‌یابی اتم‌ها با چنین دقتی، فرصت‌هایی را برای روش‌های با وضوح فوق‌العاده و شبیه‌سازی‌های کوانتومی باز می‌کند. محققان توسعه مواد کوانتومی جدید و سیستم‌های اتمی مغناطیسی را تصور می‌کنند که می‌تواند حوزه محاسبات کوانتومی را متحول کند.

این دستاورد پیشگام توسط فیزیکدانان MIT نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در دستکاری و چینش اتم ها است و ابزاری قدرتمند برای بررسی پدیده های کوانتومی و پیش بردن مرزهای اکتشاف علمی است.

منبع

Li Du et al, Atomic physics on a 50-nm scale: Realization of a bilayer system of dipolar atoms, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adh3023. www.science.org/doi/10.1126/science.adh30