Новый метод измеряет трехмерное положение отдельных атомов. Исследователи из Боннского и Бристольского университетов разработали метод, который позволяет получить все три координаты атома по одному изображению. Это важно, например, для экспериментов по квантовой механике, в которых часто необходимо точно контролировать или отслеживать положение атомов. Это позволяет исследователям заставить атомы взаимодействовать друг с другом желаемым образом.

Уже более десяти лет физики могут точно измерять расположение отдельных атомов с точностью менее одной тысячной мм, используя квантовую газовую микроскопию. Но третья координата — ускользала от наблюдений.

Чтобы экспериментировать с атомами, необходимо их охладить до температур близких к абсолютному нулю, чтобы они почти не двигались, объясняют ученые. После этого их можно, например, поймать в стоячую волну лазерного света. Атомы, захваченные в ловушку, подвергают воздействию дополнительного лазерного луча, который стимулирует их излучать свет. Возникающая флуоресценция проявляется в квантовом газовом микроскопе как слегка размытое круглое пятнышко.

«Гантели», указывающие на пространственное положение атомов. Изображение: IAP/Uni Bonn

Теперь мы разработали специальный метод деформации волнового фронта света, излучаемого атомом. Вместо типичных круглых пятен деформированный волновой фронт создает на камере форму гантели, которая вращается вокруг себя, – Андреа Альберти, соавтор исследования.

Направление, в котором указывает эта «гантель», зависит от расстояния, пройденного светом от атома до камеры. Поэтому она действует как стрелка компаса, позволяя считывать третью координату, объяснят физики.

Разные направления «гантелей», соответствующие разному положению атомов. Изображение: IAP/Uni Bonn