Лазер поможет «ловить» отдельные атомы
 На иллюстрации представлено поле в непосредственной близости от металлического острия при освещении лазерным излучением. Синим показана область, в которой интенсивность поля практически равна нулю - это и есть область, в которой может быть зафиксирован отдельный атом. |
|
||||||||
Группа исследователей из США предложила методику, которая позволяет «поймать» и зафиксировать один единственный атом в непосредственной близости от металлического острия. Размер области, в которой будет «заперт» атом, - всего лишь несколько нанометров в диаметре. «Пойманный» таким образом атом может быть зафиксирован оптическими методами; кроме того, им можно управлять при помощи оптических волн (так называемых поверхностных плазмонов, квантов электромагнитных волн, создаваемых на поверхности металлического острия).
Предложенный метод основан на общепринятой технике «ловли» атомов. Основная идея техники в том, что атомы поляризуются под действием светового излучения высокой интенсивности, приобретая определенный дипольный момент. Следует отметить, что этот эффект для большинства веществ возникает лишь при высоких значениях интенсивности светового поля; его наблюдение возможно только при использовании лазерного излучения. Энергия атома, связанная с возникшим дипольным моментом, минимальна, когда атом попадает в область, где интенсивность света минимальна или максимальна (в зависимости от условий). Таким образом, задачу фиксации атома в пространстве можно свести к задаче создания нужной конфигурации светового поля высокой интенсивности.
В рамках предложенного метода группой ученых из США для создания поля использовалось металлическое острие (зонд). Освещенное лазерным излучением, острие действует по принципу «громоотвода», т.е. «концентрирует» у своего кончика лазерное излучение, создавая области с большими градиентами интенсивности поля. Исследования показали, что в непосредственной близости от острия, существует маленькая область (при выбранных учеными условиях данная область может иметь размеры порядка нескольких нанометров в диаметре), в которой поле практически равняется нулю. Эта особенность геометрии светового поля позволяет «фиксировать» там отдельные атомы.
Благодаря использованному типу взаимодействий, созданная «ловушка» не исчезает даже под действием внешних электрических или магнитных сил, т.е. сохраняет свое действие даже тогда, когда острие находится в непосредственной близости от других объектов. Таким образом, предложенная техника позволяет не только «поймать» атом, но и транспортировать его, так, чтобы он находился в десятках нанометров от других наносистем.
Такой метод позволит подсоединять один единственный атом к нанофотонным устройствам, а также к заряженным или намагниченным квантовым системам. Это путь для исследования сильных взаимодействий между атомами и фотонами, кроме того, эта техника могла бы использоваться для исследования систем, состоящих из множества атомов, к примеру, для обнаружения слабых магнитных полей в непосредственной близости от поверхностей с высоким пространственным разрешением.
Предложенная методика пока разработана лишь теоретически. Исследователи готовят эксперимент, который подтвердит их предположения. На первом этапе они планируют подтвердить результаты расчетов, а в дальнейшем – развить одну из идей по применению методики.
Также по теме:
Источники: