Nanooptiske fælder:En lovende byggesten til kvanteteknologier

Nanooptiske fælder er en lovende byggesten for kvanteteknologier. Østrigske og tyske forskere har nu fjernet en vigtig hindring for deres praktiske brug. De var i stand til at vise, at en særlig form for mekanisk vibration opvarmer fangede partikler på meget kort tid og slår dem ud af fælden.

Ved at kontrollere individuelle atomer, kvanteegenskaber kan undersøges og gøres anvendelige til teknologiske anvendelser. I cirka ti år, fysikere har arbejdet på en teknologi, der kan fange og kontrollere atomer:såkaldte nanooptiske fælder.

Teknikken til at fange mikroskopiske objekter med lys kendt fra optisk pincet anvendes på optiske bølgeledere, i dette tilfælde en særlig glasfiber. Glasfibrene er muligvis kun få hundrede nanometer tynde, dvs. cirka 100 gange tyndere end et menneskehår. Laserlys med forskellige frekvenser sendes ind i glasfiber, skabe et lysfelt omkring bølgelederen, der kan rumme individuelle atomer.

Indtil nu, imidlertid, anvendeligheden af ​​denne teknologi har været begrænset af det faktum, at atomerne er blevet meget varme efter meget kort tid og går tabt. Opvarmningshastigheden var tre størrelsesordener højere end med optisk pincet, hvor lysfeltet genereres i ledigt rum. På trods af en intensiv søgning, det havde tidligere ikke været muligt at fastslå årsagen.

Nu, Daniel Hümmer og Oriol Romero-Isart fra Institute of Quantum Optics and Quantum Information fra det østrigske videnskabsakademi og Institut for teoretisk fysik ved universitetet i Innsbruck i samarbejde med Philipp Schneeweiss og Arno Rauschenbeutel fra Humboldt-universitetet i Berlin har analyseret omhyggeligt systemet. Med deres teoretiske model, de var i stand til at vise, at en bestemt form for mekanisk vibration af glasfiberen er ansvarlig for den stærke opvarmning af partiklerne.

Det oplyser fysikerne i tidsskriftet Fysisk gennemgang X ("Opvarmning i nanofotoniske fælder for kolde atomer").

Mekaniske vibrationer

"Det er de vibrationer, der opstår, når du lader bølger bevæge sig langs et reb, "forklarer Daniel Hümmer." Partiklerne, som kun flyder omkring 200 nanometer over bølgelederens overflade, opvarmes meget hurtigt på grund af disse vibrationer. "

Den opvarmningshastighed, der nu er blevet teoretisk bestemt, stemmer meget godt overens med de eksperimentelle resultater. Dette fund har vigtige konsekvenser for ansøgninger:På den ene side teknologien kan forbedres betydeligt med enkle modforanstaltninger. Længere sammenhængstider tillader derefter mere komplekse eksperimenter og applikationer. På den anden side, fysikerne formoder, at deres fund også kan være nyttige for mange lignende nanofotoniske fælder. Den teoretiske model, de nu har offentliggjort, giver vigtige retningslinjer for design af sådanne atomfælder.

"Når man fremstiller disse fælder, der skal ikke kun tages hensyn til de optiske egenskaber, men også de mekaniske egenskaber, "understreger Oriol Romero-Isart." Vores beregninger her giver vigtige indikationer om, hvilke mekaniske effekter der er mest relevante. "

Da styrken af ​​interaktionen mellem individuelle atomer og fotoner er særlig høj i nanooptiske fælder - et problem, som mange andre begreber kæmper med - åbner denne teknologi døren til et nyt fysikfelt. Mange teoretiske overvejelser er allerede blevet gjort i de seneste år. Fysikerne fra Østrig og Tyskland har nu fjernet en stor forhindring på vejen dertil.