En teknik för att stabilisera alkalimetallånga densitet med hjälp av guldnanopartiklar, så elektroner kan nås för applikationer inklusive kvantberäkning, atomkylning och precisionsmätningar, har patenterats av forskare vid University of Bath.

Alkaliska metallångor, inklusive litium, natrium, kalium, rubidium och cesium, låta forskare få tillgång till enskilda elektroner, på grund av närvaron av en enda elektron i det yttre "skalet" av alkalimetaller.

Detta har stor potential för en rad applikationer, inklusive logiska operationer, lagring och avkänning i kvantberäkning, såväl som i extremt exakta tidsmätningar med atomur, eller inom medicinsk diagnostik inklusive kardiogram och encefalogram.

Dock, ett allvarligt tekniskt hinder har varit att på ett tillförlitligt sätt kontrollera ångtrycket i ett slutet utrymme, till exempel röret av en optisk fiber. Ångan måste hindras från att fastna vid sidorna för att behålla sina kvantegenskaper, men befintliga metoder för att göra detta, inklusive direktuppvärmning av ångbehållare är långsamma, kostsam, och opraktiskt i stor skala.

Forskare från University of Bath, arbetar med en kollega vid Bulgariens vetenskapsakademi, har tagit fram en genial metod för att kontrollera ångan genom att belägga insidan av behållare med nanoskopiska guldpartiklar 300, 000 gånger mindre än en nål.

När de lyser upp med grönt laserljus absorberar nanopartiklarna snabbt och omvandlar ljuset till värme, värmer ångan och får den att spridas i behållaren mer än 1, 000 gånger snabbare än med andra metoder. Processen är mycket reproducerbar och dessutom, den nya nanopartikelbeläggningen befanns bevara kvanttillstånden för alkalimetallatomer som studsar från den.

Studien publiceras i Naturkommunikation .

Professor Ventsislav Valev, från University of Baths institution för fysik ledde forskningen. Han sa:"Vi är mycket glada över denna upptäckt eftersom den har så många tillämpningar inom nuvarande och framtida teknik! Det skulle vara användbart vid atomkylning, i atomur, i magnetometri och i ultrahögupplöst spektroskopi. "

"Vår beläggning möjliggör snabb och reproducerbar extern kontroll av ångdensiteten och tillhörande optiskt djup, avgörande för kvantoptik i dessa begränsade geometrier. "

Assoc. Prof Dimitar Slavov, från Institute of Electronics i Bulgariens vetenskapsakademi, tillade "I detta principbevis, det visades att belysning av vår beläggning avsevärt överträffar konventionella metoder och är kompatibel med standardpolymerbeläggningar som används för att bevara kvanttillstånd för enstaka atomer och koherenta ensembler. "

Dr Kristina Rusimova, en pristagare vid Institutionen för fysik, tillade:"Ytterligare förbättringar av vår beläggning är möjliga genom att justera partikelstorlek, materialkomposition och polymermiljö. Beläggningen kan hitta applikationer i olika behållare, inklusive optiska celler, magneto-optiska fällor, mikroceller, kapillärer och ihåliga optiska fibrer. "