Получено первое атомтронное устройство — датчик вращения

В Joint Quantum Institute (JQI), учреждении, объединяющем квантовых специалистов факультета физики Университета Мэриленда, Объединенного квантового института университета Мэриленда, Национального института стандартов и технологий (NIST) и Лаборатории физических наук (LPS), создана первая атомная управляемая схема, функционирующая аналогично сверхпроводящему квантовому интерферометру (superconducting quantum interference device, SQUID).

Действие SQUID основывается на фундаментальном свойстве сверхпроводников: под влиянием магнитного поля в сверхпроводящем кольце возбуждается ток, генерирующий магнитный поток, компенсирующий внешнее поле. Когда ток достигает критической величины, он скачком увеличивается на определенное дискретное значение, в результате чего квантовая величина потока проникает в кольцо.

Измеряя ток можно получить представление об интенсивности прилагаемого магнитного поля. В настоящее время SQUID используются для детектирования очень слабых полей, например, от мозговых волн или от нервных импульсов в мускульных тканях.

Физики из JQI уже долгое время исследовали аналогичное поведение в тороидальных конденсатах Бозе-Эйнштейна (КБЭ) — сверхохлажденных группах атомов, находящихся в одном и том же квантовом состоянии. Действуя лучом зеленого лазера, падающим перпендикулярно плоскости кольца КБЭ, и медленно поворачивая его, подобно оптическому гребному винту, они вовлекали во вращение сверхтекучие атомы конденсата.

Подобно тому, как сверхпроводящее кольцо пропускает магнитный поток при достижении током критической величины, в движении сверхтекучей жидкости возникают вихри, создающие дискретные циркуляционные состояния в КБЭ. Ученым удалось наблюдать и измерить это квантовое явление, а также, впервые в мире, управлять возникновением циркуляционных состояний регулируя мощность и скорость вращения лазерного луча.

В подготовленной статье, участники эксперимента описывают его подробности. Атомы натрия были захвачены ими в магнитооптической ловушке и охлаждались до тех пор, пока 600 тыс. из них не образовали конденсат Бозе-Эйнштейна. Лазерный луч с длиной волны 1064 нм пропускался через облако КБЭ формируя из него тор диаметром примерно 40 мкм с практически однородной плотностью в азимутальной плоскости. Другой луч, с длиной волны 532 нм, разрушал состояние КБЭ, создавая широкий (8 мкм) участок низкой плотности атомов, перемещающийся по кольцу со скоростью от 1 до 4 Гц (оборота в секунду), и вовлекающий атомы в движение.

Такая система, по сути, представляет собой датчик вращения, а ее создание знаменует собой рождение новой области исследований в атомной физике — атомтроники, рассматривающей потоки атомов аналогично потокам электронов в обычной электронике.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365