El equipo del académico GUO Guangcan de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia de Ciencias de China ha logrado importantes avances en la investigación del frío. átomo imágenes de superresolución. El equipo logró imágenes de súper resolución de un solo ión en un sistema de trampa de iones. Los resultados fueron publicados en Physical Review Letters.
El sistema de átomo frío es una plataforma experimental ideal para el estudio de la física cuántica, así como un sistema físico importante para la investigación experimental sobre simulación cuántica. computación cuánticay medición de precisión cuántica. Una de las técnicas experimentales centrales en el sistema de átomos fríos es la obtención de imágenes de una sola partícula de alta resolución. En los últimos diez años, la tecnología de imágenes microscópicas del sistema de átomos fríos se ha desarrollado rápidamente. Sin embargo, las tecnologías recientemente desarrolladas todavía están limitadas por el límite de difracción óptica fundamental, y la resolución solo puede alcanzar el orden de longitud de onda óptica. Es difícil estudiar los fenómenos cuánticos relacionados con los detalles de la función de onda. Para estudiar estos problemas se requieren imágenes ópticas de superresolución.
Las imágenes ópticas de superresolución se han convertido en una herramienta madura en los campos de la química y la biología. Sin embargo, debido a la complejidad de los experimentos con átomos fríos, es extremadamente difícil aplicar la tecnología de imágenes de superresolución a los sistemas de átomos fríos. Antes de esto, el mundo aún no ha avanzado en la obtención de imágenes directas de superresolución de átomos individuales (iones).
En este estudio, los investigadores adoptaron la idea principal de la microscopía de agotamiento de emisiones estimuladas (STED) en el campo de imágenes de superresolución clásico, y la combinaron con la tecnología de inicialización y lectura del estado cuántico atómico del sistema de átomo frío. Se dieron cuenta de imágenes superresueltas de un solo átomo frío (ión) directamente por primera vez.
Los resultados experimentales mostraron que la resolución espacial del método de imágenes puede exceder el límite de difracción en más de un orden, y la resolución de imágenes de 175 nm se puede lograr utilizando una lente objetivo con una apertura numérica de solo 0.1.
Para demostrar aún más la ventaja de resolución de tiempo de este método, los investigadores lograron una resolución de tiempo de 50 ns y un posicionamiento de un solo ión. la exactitud de 10 nm, y utilizó este método para capturar claramente las oscilaciones armónicas rápidas del ión en la trampa. Teóricamente, al aumentar la apertura numérica del objetivo de formación de imágenes y la relación de extinción central de la luz agotada (el punto de rosquilla), la resolución espacial se puede mejorar aún más por debajo de 10 nm.
Esta técnica experimental se puede extender a la medición de múltiples cuerpos y correlación de sistemas de átomos fríos, y tiene buena compatibilidad con otros sistemas de átomos fríos. Se puede aplicar a redes ópticas, pinzas ópticas de átomo neutro y sistemas híbridos átomo-ión frío.
Referencia: "Imágenes superesueltas de un solo átomo frío en una escala de tiempo de nanosegundos" por Zhong-Hua Qian, Jin-Ming Cui, Xi-Wang Luo, Yong-Xiang Zheng, Yun-Feng Huang, Ming-Zhong Ai, Ran He , Chuan-Feng Li y Guang-Can Guo, 23 de diciembre de 2021, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.263603
