No primeiro estudo desse tipo, publicado por Nature Communications , uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Universidade de Surrey provou a existência do lendário efeito Fano de vários fótons em um experimento.

Ionização é quando os elétrons absorvem fótons para ganhar energia suficiente para escapar da força elétrica do núcleo. Einstein explicou em sua teoria do efeito fotoelétrico ganhadora do Prêmio Nobel que há um limite para a energia do fóton necessária para causar uma fuga. Se a energia de um único fóton não for suficiente, pode haver uma etapa intermediária conveniente:a ionização pode ocorrer com dois fótons começando no estado de energia mais baixa.

Contudo, de acordo com o mundo contra-intuitivo da teoria quântica, a existência dessa etapa intermediária não é necessária para que um elétron se liberte. Tudo o que o elétron precisa fazer é obter potência suficiente de vários fótons, o que pode ser obtido por meio dos chamados estados virtuais "fantasmagóricos". Essa absorção de vários fótons só acontece em condições extremamente intensas, onde há fótons suficientes disponíveis.

Quando há uma etapa intermediária e fótons suficientes ao redor, ambas as opções estão disponíveis para ionização. Contudo, a natureza ondulatória dos átomos apresenta outro obstáculo:interferência. Alterar a energia do fóton pode fazer com que as duas ondas diferentes colidam uma com a outra, levando ao aumento ou à aniquilação completa de seu efeito no evento de absorção.

Este efeito Fano foi teoricamente previsto há quase 50 anos e permaneceu indefinido por décadas devido à alta intensidade necessária; fabricar um laser estável que produzisse um campo elétrico grande o suficiente necessário para implementar esse efeito em átomos isolados não era - e ainda não é - tecnicamente possível.

A equipe liderada pela Universidade de Surrey superou essa complicação usando átomos de impureza onde, devido à influência do material hospedeiro semicondutor, o campo elétrico que determina as órbitas eletrônicas externas é significativamente reduzido e, consequentemente, muito menos intensidade do laser é necessária para demonstrar o efeito Fano. A equipe usou chips de computador comuns que contêm átomos de fósforo embutidos em um cristal de silício.

A equipe então usou poderosos feixes de laser na instalação de laser de elétrons livres (FELIX) na Radboud University, Holanda, para ionizar átomos de fósforo. O resultado da ionização foi estimado pela absorção de um feixe de luz fraco. Ao varrer a energia do fóton de radiação laser, os autores observaram as diferentes assimetrias da forma da linha de Fano.

Dr. Konstantin Litvinenko, co-autor e pesquisador da University of Surrey, disse:"Acreditamos ter dado um passo muito importante para a implementação de novas e promissoras aplicações de leitura ultrarrápida de computadores quânticos baseados em silício; ionização seletiva específica para isótopos; e uma variedade de novas espectroscopias de física atômica e molecular."