Armadilhas nanoóticas são um bloco de construção promissor para tecnologias quânticas. Cientistas austríacos e alemães já removeram um obstáculo importante ao seu uso prático. Eles foram capazes de mostrar que uma forma especial de vibração mecânica aquece as partículas presas em um tempo muito curto e as joga para fora da armadilha.

Ao controlar átomos individuais, propriedades quânticas podem ser investigadas e tornadas utilizáveis ​​para aplicações tecnológicas. Por cerca de dez anos, físicos têm trabalhado em uma tecnologia que pode capturar e controlar átomos:as chamadas armadilhas nanoóticas.

A técnica de captura de objetos microscópicos com luz conhecida de pinças ópticas é aplicada a guias de ondas ópticas, neste caso, uma fibra de vidro especial. A fibra de vidro pode ter apenas algumas centenas de nanômetros de espessura, ou seja, cerca de 100 vezes mais fino do que um cabelo humano. A luz laser de diferentes frequências é enviada para a fibra de vidro, criar um campo de luz em torno do guia de ondas que pode conter átomos individuais.

Até agora, Contudo, a aplicabilidade desta tecnologia tem sido limitada pelo fato de que os átomos se tornam muito quentes após um curto período de tempo e são perdidos. A taxa de aquecimento foi três ordens de magnitude maior do que com pinças ópticas, onde o campo de luz é gerado no espaço livre. Apesar de uma pesquisa intensiva, anteriormente não havia sido possível determinar a causa.

Agora, Daniel Hümmer e Oriol Romero-Isart do Instituto de Óptica Quântica e Informação Quântica da Academia Austríaca de Ciências e do Departamento de Física Teórica da Universidade de Innsbruck em cooperação com Philipp Schneeweiss e Arno Rauschenbeutel da Universidade Humboldt de Berlim analisaram cuidadosamente o sistema. Com seu modelo teórico, conseguiram mostrar que certa forma de vibração mecânica da fibra de vidro é responsável pelo forte aquecimento das partículas.

Isso é relatado pelos físicos na revista Revisão Física X ("Aquecimento em armadilhas nanofotônicas para átomos frios").

Vibrações mecânicas

"Estas são as vibrações que surgem quando você permite que as ondas viajem ao longo de uma corda, "explica Daniel Hümmer." As partículas, que flutuam apenas cerca de 200 nanômetros acima da superfície do guia de ondas, aquecer muito rapidamente por causa dessas vibrações. "

A taxa de aquecimento que agora foi determinada teoricamente concorda muito bem com os resultados experimentais. Essa descoberta tem consequências importantes para os aplicativos:por um lado, a tecnologia pode ser significativamente melhorada com simples contra-medidas. Tempos de coerência mais longos permitem experiências e aplicações mais complexas. Por outro lado, os físicos suspeitam que suas descobertas também podem ser úteis para muitas armadilhas nanofotônicas semelhantes. O modelo teórico que eles publicaram agora fornece diretrizes essenciais para o projeto de tais armadilhas atômicas.

"Ao fabricar essas armadilhas, não apenas as propriedades ópticas devem ser levadas em consideração, mas também as propriedades mecânicas, "enfatiza Oriol Romero-Isart." Nossos cálculos aqui dão indicações importantes sobre quais efeitos mecânicos são mais relevantes. "

Como a força da interação entre átomos e fótons individuais é particularmente alta em armadilhas nanoóticas - um problema com o qual muitos outros conceitos lutam - essa tecnologia abre a porta para um novo campo da física. Muitas considerações teóricas já foram feitas nos últimos anos. Os físicos da Áustria e da Alemanha já eliminaram um grande obstáculo no caminho.