Команда академіка GUO Guangcan з Університету науки і техніки Китаю (USTC) Китайської академії наук досягла важливого прогресу в дослідженні холоду. атом зображення з надвисокою роздільною здатністю. Команда досягла зображення з надвисокою роздільною здатністю одного йона в системі іонних пасток. Результати були опубліковані в Physical Review Letters,.
Система холодного атома є ідеальною експериментальною платформою для вивчення квантової фізики, а також важливою фізичною системою для експериментальних досліджень квантового моделювання, квантові обчислення, і квантово точне вимірювання. Однією з основних експериментальних методик у системі холодних атомів є зображення однієї частинки з високою роздільною здатністю. За останні десять років технологія мікроскопічного зображення системи холодних атомів швидко розвивалася. Однак новітні технології все ще обмежені основною межею оптичної дифракції, а роздільна здатність може досягати лише порядку довжини оптичної хвилі. Важко вивчати квантові явища, пов’язані з деталями хвильової функції. Для вивчення таких проблем потрібне оптичне зображення з надвисокою роздільною здатністю.
Оптичне зображення із супер роздільною здатністю перетворилося на зрілий інструмент у галузі хімії та біології. Однак через складність експериментів з холодним атомом надзвичайно складно застосувати технологію створення зображень із надвисокою роздільною здатністю до систем холодних атомів. До цього світ ще не досягнув прогресу в прямому зображенні окремих атомів (іонів) із супер роздільною здатністю.
У цьому дослідженні дослідники прийняли основну ідею мікроскопії зі стимульованим випромінюванням (STED) у класичному полі зображень із надроздільною здатністю та поєднали її з технологією ініціалізації квантового стану атома та технологією зчитування системи холодних атомів. Вони вперше реалізували зображення з надлишковою роздільною здатністю окремого холодного атома (іону).
Результати експерименту показали, що просторова роздільна здатність методу візуалізації може перевищувати межу дифракції більш ніж на один порядок, а роздільна здатність зображення 175 нм може бути досягнута за допомогою об’єктива з числовою апертурою лише 0.1.
Щоб додатково продемонструвати перевагу часової роздільної здатності цього методу, дослідники досягли як роздільної здатності за часом 50 нс, так і позиціонування одного іону. точність 10 нм, і використав цей метод для чіткого захоплення швидких гармонійних коливань іона в пастці. Теоретично, шляхом збільшення числової апертури об’єктива візуалізації та центрального коефіцієнта згасання збідненого світла (пляма пончика), просторова роздільна здатність може бути додатково покращена до рівня нижче 10 нм.
Цей експериментальний метод можна поширити на багатотіло і кореляційне вимірювання систем холодних атомів і має хорошу сумісність з іншими системами холодних атомів. Його можна застосовувати до оптичних решіток, оптичних пінцетів нейтральних атомів і гібридних систем холодного атома-іону.
Довідка: «Супер-роздільна зображення одного холодного атома на наносекундній шкалі часу» Чжун-Хуа Цянь, Цзінь-Мін Цуй, Сі-Ван Луо, Юн-Сян Чжен, Юн-Фен Хуан, Мін-Чжун Ай, Ран Хе , Чуань-Фен Лі та Гуан-Кан Го, 23 грудня 2021 року, Physical Review Letters,.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.263603
