En ny teknik til at detektere kollisioner mellem enkelte atom-ion-par

Kvantekemi er den gren af ​​kemi, der udforsker kvantemekanikkens anvendelser på kemiske systemer. Undersøgelser på dette område kan hjælpe til bedre at forstå adfærden af ​​par eller grupper af atomer i en kvantetilstand såvel som de kemiske reaktioner som følge af deres interaktioner.

Mange kvantekemi undersøgelser undersøgte specifikt interaktionerne mellem par af atomer i en kvantetilstand. Mens nogle af disse værker samlede interessant indsigt, var de ofte begrænset af manglen på tilgængelige teknikker til at observere og kontrollere resultaterne af individuelle atomkollisioner.

Forskere ved Weizmann Institute of Science har forsøgt at udtænke nye og mere avancerede værktøjer til at studere de grundlæggende vekselvirkninger mellem et enkelt par atomer. I et papir for nylig offentliggjort i Nature Physics , introducerede de en ny teknik baseret på kvantelogik, der kan bruges til at studere interaktioner mellem et ultrakoldt neutralt atom og en kold ion.

"Når atomer opdrages på korte afstande, kan de opleve flere processer såsom energifrigivelse eller en kemisk reaktion, som er styret af kvantemekanik," Or Katz, en af ​​forskerne, der har udført undersøgelsen, som nu er hos Duke University, fortalte Phys.org. "Tidligere udtænkte metoder kan bruges til at studere disse processer, men de kræver optisk adgang og kontrol af mindst et af atomerne, hvilket igen i høj grad begrænser atomarten såvel som det sæt af interaktioner, der kan studeres i praksis. Vores arbejde lindrer dette krav og giver os mulighed for at studere interaktionen mellem mange par af atomer ved hjælp af blot et enkelt ekstra atom, som fungerer som en sonde."

I det væsentlige laserkølede forskerne og fangede derefter et par ioner og en sky af neutrale atomer. Ionerne blev fanget i en Paul-fælde ved hjælp af elektromagnetiske felter. De neutrale atomer var på den anden side fanget i et optisk gitter, som de kunne bringe ind og ud af Paul-fælden efter behag.

"Vi studerer interaktionen mellem en enkelt 'kemi-ion' med et neutralt atom ved at måle aftrykket på den anden 'logiske ion' i fælden, der fungerer som en sonde," forklarede Katz. "Når kemi-ionen får energi ved sin interaktion med et atom i en eksoterm (energifrigivende) proces, skubber den "logisk ion", som i vores eksperimentelle konfiguration, som følge af fluorescens af lys. Påvisning af dette fluorescenslys fra den logiske ion afslører information om den proces, den anden ion og atom har oplevet."

Det nylige arbejde af Katz og hans kolleger åbner nye muligheder for undersøgelse af processer, som tidligere var svære eller umulige at undersøge eksperimentelt. For eksempel kunne den teknik, de introducerede i deres papir, bruges til at måle nye effekter, hvor bevægelsen af ​​atom- og iontræk er karakteriseret ved kvanteinterferens. Ved at bruge tidligere udviklede værktøjer ville disse effekter være meget vanskelige at observere og undersøge.

"Et tip til en sådan effekt ses allerede i dette arbejde, afspejlet i forskellen i tværsnit, der måles for interaktionen mellem forskellige isotoper af Sr+ med 87Rb, men teknikken er ikke begrænset til dette eksempel og kan anvendes til undersøgelse kvanteeffekter i mange andre par," tilføjede Katz. "Vi planlægger at anvende den samme teknik til at studere yderligere processer, såsom udveksling af spin samt kemiske reaktioner."

Ud over at bruge deres teknik til at studere andre processer, planlægger Katz og hans kolleger at samle flere beviser for kvanteinterferenseffekter. Dette vil give dem mulighed for yderligere at vurdere potentialet af kvantemekanik-baserede værktøjer til undersøgelse af fundamentale interaktioner mellem atomer. + Udforsk yderligere

Brug af to forskellige elementer skaber nye muligheder i hybride atomare kvantecomputere

© 2022 Science X Network