Il team dell'accademico GUO Guangcan della University of Science and Technology of China (USTC) dell'Accademia cinese delle scienze ha compiuto importanti progressi nella ricerca sul freddo atomo immagini a super risoluzione. Il team ha ottenuto l'imaging a super risoluzione di un singolo ione in un sistema a trappola ionica. I risultati sono stati pubblicati in Physical Review Letters.
Il sistema dell'atomo freddo è una piattaforma sperimentale ideale per lo studio della fisica quantistica, nonché un importante sistema fisico per la ricerca sperimentale sulla simulazione quantistica, calcolo quantisticoe la misurazione della precisione quantistica. Una delle principali tecniche sperimentali nel sistema di atomi freddi è l'imaging a particella singola ad alta risoluzione. Negli ultimi dieci anni, la tecnologia di imaging microscopico del sistema di atomi freddi si è sviluppata rapidamente. Tuttavia, le nuove tecnologie sviluppate sono ancora limitate dal limite di diffrazione ottica fondamentale e la risoluzione può raggiungere solo l'ordine della lunghezza d'onda ottica. È difficile studiare i fenomeni quantistici relativi ai dettagli della funzione d'onda. Lo studio di tali problemi richiede l'imaging ottico a super risoluzione.
L'imaging ottico a super risoluzione si è sviluppato in uno strumento maturo nei campi della chimica e della biologia. Tuttavia, a causa della complessità degli esperimenti con atomi freddi, è estremamente difficile applicare la tecnologia di imaging a super risoluzione ai sistemi di atomi freddi. Prima di questo, il mondo non ha ancora compiuto progressi nell'imaging diretto a super risoluzione di singoli atomi (ioni).
In questo studio, i ricercatori hanno adottato l'idea principale della microscopia Stimulated Emission Depletion (STED) nel classico campo di imaging a super risoluzione e l'hanno combinata con l'inizializzazione dello stato quantistico atomico e la tecnologia di lettura del sistema di atomi freddi. Hanno realizzato per la prima volta direttamente l'imaging super-risolto di un singolo atomo freddo (ione).
I risultati sperimentali hanno mostrato che la risoluzione spaziale del metodo di imaging può superare il limite di diffrazione di più di un ordine e la risoluzione di imaging di 175 nm può essere raggiunta utilizzando un obiettivo con un'apertura numerica di solo 0.1.
Per dimostrare ulteriormente il vantaggio della risoluzione temporale di questo metodo, i ricercatori hanno ottenuto sia una risoluzione temporale di 50 ns sia un posizionamento di un singolo ione precisione di 10 nm e ha utilizzato questo metodo per catturare chiaramente le rapide oscillazioni armoniche dello ione nella trappola. Teoricamente, aumentando l'apertura numerica dell'obiettivo di imaging e il rapporto di estinzione al centro della luce impoverita (il punto della ciambella), la risoluzione spaziale può essere ulteriormente migliorata al di sotto di 10 nm.
Questa tecnica sperimentale può essere estesa alla misurazione multicorpo e di correlazione di sistemi di atomi freddi e ha una buona compatibilità con altri sistemi di atomi freddi. Può essere applicato a reticoli ottici, pinzette ottiche ad atomi neutri e sistemi ibridi di atomi freddi.
Riferimento: "Imaging super-risolto di un singolo atomo freddo su una scala temporale di nanosecondi" di Zhong-Hua Qian, Jin-Ming Cui, Xi-Wang Luo, Yong-Xiang Zheng, Yun-Feng Huang, Ming-Zhong Ai, Ran He , Chuan-Feng Li e Guang-Can Guo, 23 dicembre 2021, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.263603
