Физикам удалось подслушать «болтовню» двух атомов

Постоянный ток сканирующего туннельного микроскопа вызывает возбуждение атома титана, передаваемое связанному с ним соседнему атому. Иллюстрация Physorg

Английское слово flip означает и подошвы сандалий-тапочек без задников, а еще ласты и плавники, а также хвосты некоторых китов, с помощью которых те совершают свои характерные скачки из воды (за что и получили название «флипперы»).

Один из отцов-основателей квантовой физики, австриец Эрвин Шредингер ратовал за связанность между собой элементов квантового мира, которую назвал мудреным словом энтенглмент (англ. tangle – спутанность, клубок ниток). Например, два фотона или электрона сохраняют общее для них квантовое состояние даже при удалении друг от друга на приличное расстояние.

Сегодня оба понятия реализуются в виде различных экспериментальных схем и разработок. Один из примеров «разговора» между двумя спинами (осями магнитного вращения) привели в журнале Science физики университетов в голландском Дельфте и немецком Аахене. В комментарии к их статье говорится, что «ученые подслушали разговор-chatting двух атомов».

Американский физик Джордж Гамов объяснил механизм альфа-распада, то есть вылетания атомов гелия из ядра, предположив наличие туннельного эффекта, то есть прохождения объектов под энергетическим барьером. Он также выдвинул гипотезу Большого взрыва. Доказательством реальности этой идеи стало открытие космического микроволнового фона (СМВ – Cosmic Microwave Background), температура которого чуть выше абсолютного нуля.

Еще одним воплощением идей Гамова стал сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), представляющий собой остро заточенный зонд-стило, по которому подается постоянный ток (DC – Direct Current). При достаточном приближении стила к поверхности ток начинает течь по подбарьерному туннелю, что позволяет получать контуры молекул и даже переносить с места на место атомы.

Все эти технические достижения были использованы применительно к атомам титана на поверхности оксида магния. Однако мощности микроволнового излучения не хватает, чтобы связать воедино два атома с их спинами. Немецкие и голландский физики применили непосредственное возбуждение одного из атомов титана с помощью DC. Результатом этого стали быстрые «флипы» спинов связанных между собой атомов (entangled). Авторы работы назвали этот эффект когерентным разговором (chat) спаренных атомов титана, вернее их спинов. В Дельфте и Аахене удалось точно определить критическую частоту, при которой происходит связывание спинов двух атомов.

По другую сторону Атлантики, в Западном университете канадского Лондона в провинции Онтарио, тоже задались целью точного определения частот, возбуждающих нейроны улитки внутреннего уха. Канадцы, которым помогали шведские коллеги из университета города Уппсала, использовали точную физику для совершенствования имплантов, помогающих людям, утерявшим слух.

Квантовую физику долгие годы сотрясали яростные споры, касающиеся природы фотонов и электронов. Альберт Эйнштейн полагал, что фотоны суть корпускулы, то есть «тельца», за что формально и получил Нобелевскую премию. Его оппоненты утверждали волновой характер излучений. В конечном итоге было предложено понятие «волновой пакет», название которого подчеркивает двойственность квантовых процессов.

Сотрудники Института неорганической химии в Цюрихе предложили делать не привычные всем сферы из светоулавливающего перовскита, а нанокубики (cubes). Это, как выяснилось, повышает эффективность трансформации световой энергии. Достижение оказалось столь значительным, что редакция журнала Nature вынесла его на обложку одного из недавних номеров. Новый кубо-сферический бинарный продукт из цезия и свинца с бромом (CsPbBr3), а также сфер железного окисида Fe3O4 с натрий-гадолинием и фтором (NaGdF4) демонстрирует суперсвечение с очень быстрым угасанием – 22 пикосекунды (22 х 10–12 с).

Интерес журнала к работе объясняется тем, что новый бинарный конструкт открывает путь к функционально полезным мезоструктурам перовскита. Они будут использоваться в качестве сверхъярких источников света в квантово-оптических компьютерах.