Физики сохранили квантовую когерентность молекул на чистой поверхности кристаллов
Исследователи из Института науки о свете Общества Макса Планка представили метод, позволяющий изучать отдельные молекулы на кристаллической поверхности, при этом сохраняя их квантовую когерентность на максимальном уровне. Данные результаты были опубликованы в журнале Science. По информации SciTechDaily, новый подход может значительно расширить горизонты исследований взаимодействия молекул с поверхностями и способствовать развитию молекулярных квантовых технологий. Об этом сообщает RuSamara.
Атомы и молекулы, активно взаимодействующие со светом, находят применение в области оптических квантовых технологий. Эти квантовые излучатели могут генерировать одиночные фотоны, хранить квантовую информацию и передавать запутанные состояния. Обычно для изучения отдельного излучателя его помещают в вакуум или в твёрдое вещество.
Размещение молекул на поверхности позволяет применять острые зонды, используемые в сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии, для непосредственного воздействия на них. Однако загрязнения на поверхности создают нестабильные условия, что негативно сказывается на квантовых свойствах молекул. Команда под руководством профессора Вахида Сандогдара нашла решение этой проблемы, применив органический кристалл, который медленно испаряется при комнатной температуре.
Кристалл был помещён в вакуумный криостат. При испарении верхних слоёв удалялись загрязняющие частицы, после чего образец охлаждали до температуры всего на несколько кельвинов выше абсолютного нуля. Затем на очищенную поверхность с помощью микропечи наносили молекулы.
Созданная среда оказалась исключительно стабильной для квантовых излучателей. Исследователи обнаружили, что молекулы достигали предела Фурье — максимального времени сохранения когерентности, которое определяется передачей энергии в окружающую среду. В условиях шума этот показатель может сокращаться в сотни и тысячи раз, однако на чистой поверхности кристалла фундаментальный предел был достигнут впервые.
Эксперименты также продемонстрировали, что поверхность влияет на ориентацию и энергетические уровни адсорбированных молекул, а также, возможно, изменяет их форму и колебания. В будущем учёные намерены объединить данный метод с атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопией. Это даст возможность управлять отдельными квантовыми излучателями с точностью до нанометров и более детально изучать свойства поверхностей.
