(PhysOrg.com) - “För första gången, studieområden som rör både kalla atomer och nanoskala har korsats, ”Berättar Lene Vestergaard Hau PhysOrg.com . ”Även om båda har varit aktiva forskningsområden, kalla atomer har inte sammanförts med strukturer i nanoskala på enstaka nanometernivå. Det här är ett helt nytt system. ”

Hau är Mallinckrodt -professor i fysik och tillämpad fysik vid Harvard University. Tillsammans med kollegan J.A. Golovchenko, och doktorander Anne Goodsell och Trygve Ristroph, som är i hennes labb på Harvard, Hau kunde sätta upp ett experiment som möjliggör observation av fångst och fältjonisering av kalla atomer. Deras arbete kan hittas i Fysiska granskningsbrev: "Fältjonisering av kalla atomer nära väggen i ett enda kolnanorör."

"Det vi observerade har ett antal intressanta grundläggande och praktiska implikationer, Säger Hau. "Vi jämför till och med effekterna med effekterna av ett svart hål." Hon är snabb att påpeka, fastän, att den svarta hålseffekten i atomskala inte är gravitationell. "Det är en effekt som skapas av ett elektriskt fält, som skapar en singulär dragning på en atom och till slut sliter isär den. Den dynamiken har likheter med vad som händer i ett svart hål."

För att skapa effekten, Hau och hennes team odlade ett enkelväggigt kolnanorör i sitt labb. Nanoröret var långt - 10 mikron - och fritt upphängt. Nanoröret laddades också upp till 300 volt, en mycket ovanlig situation för ett nanorör. Kalla atomer infördes sedan i vakuumkammaren som innehöll nanoröret. ”Vi lanserade ett kallt atommoln mot nanoröret, och på grund av dess laddning, atomer sugs in och fångas, ”Förklarar Hau.

När de väl fångats, en atom börjar på en spiralbana, kretsar allt snabbare, tills den slits isär mycket nära nanoröret. Elektronen sugs in, och en positiv jon skjuts av med hög energi. Denna jon detekteras när den matas ut av nanoröret.

"När elektronen dras in, den går igenom en tunnlingsprocess, ”Förklarar Hau. ”Det måste gå genom områden som är klassiskt förbjudna. Processen är kvantmekanisk. Vi kan observera interaktionen mellan atomen och nanoröret när elektronen försöker tunnla, och detta ger oss en chans att titta på några av de intressanta dynamiken som händer på nanoskala. ”

En annan möjlighet är att denna kombination av kalla atomer med strukturer i nanoskala kan leda till nya materiatillstånd. "Eftersom vi nu vet hur man suger in atomer i omloppsbana med så höga spinnhastigheter, det kan leda till ett nytt tillstånd av kallatomär materia som kan vara superintressant att studera, ” påpekar Hau.

Praktiskt taget, detta nya system har också potential. ”Vi kan göra mycket känsliga detektorer, Säger Hau. "Saker som "atomsniffare" som upptäcker spårgaser kan vara en applikation för detta arbete. Dessutom, möjligheten till enkel nanometer precision innebär superhög rumslig upplösning. Detta system skulle kunna användas i interferometrar - interferometrar byggda på ett enda chip och baserade på kalla atomer, som skulle vara av betydelse för navigering, till exempel."

Tills vidare, fastän, Hau och hennes grupp fokuserar på att förfina sin teknik. ”Vi vill sträva efter både den grundläggande aspekten av att skapa nya tillstånd av kall materia, och utvecklingen av känsliga detektorer. Det här är något riktigt nytt, och det har potential att utvecklas till praktiska tillämpningar.”

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivet eller omfördelat helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.