A equipe do acadêmico Guo Guangcan, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) da Academia Chinesa de Ciências, fez importantes progressos na pesquisa de imagens de super-resolução de átomos frios. A equipe obteve imagens de super-resolução de um único íon em um sistema de armadilha de íons. Os resultados foram publicados na Physical Review Letters.
O sistema de átomo frio é uma plataforma experimental ideal para estudar física quântica, bem como um sistema físico importante para pesquisas experimentais em simulação quântica, computação quântica e medição de precisão quântica. Uma das principais técnicas experimentais no sistema de átomo frio é a imagem de partícula única de alta resolução. Nos últimos dez anos, a tecnologia de imagem microscópica do sistema de átomos frios se desenvolveu rapidamente. No entanto, as novas tecnologias desenvolvidas ainda são limitadas pelo limite de difração óptica fundamental, e a resolução só pode atingir a ordem do comprimento de onda óptico. É difícil estudar fenômenos quânticos relacionados aos detalhes da função de onda. Para estudar esses problemas, é necessária uma imagem de super-resolução óptica.
A imagem óptica de super-resolução tornou-se uma ferramenta madura nos campos da química e da biologia. No entanto, devido à complexidade dos experimentos com átomos frios, é extremamente desafiador aplicar a tecnologia de imagem de super-resolução a sistemas de átomos frios. Antes disso, o mundo ainda não fez progresso na imagem direta de super-resolução de átomos individuais (íons).
Neste estudo, os pesquisadores adotaram a ideia principal da microscopia de Depleção de Emissão Estimulada (STED) no campo clássico de imagem de super-resolução, combinando-a com a inicialização do estado quântico atômico e a tecnologia de leitura do sistema de átomos frios. Eles perceberam imagens super-resolvidas de um único átomo frio (íon) diretamente pela primeira vez.
Os resultados experimentais mostraram que a resolução espacial do método de imagem pode exceder o limite de difração em mais de uma ordem, e a resolução de imagem de 175 nm pode ser alcançada usando uma lente objetiva com uma abertura numérica de apenas 0,1.
Para demonstrar ainda mais a vantagem de resolução de tempo deste método, os pesquisadores alcançaram uma resolução de tempo de 50 ns e uma precisão de posicionamento de íon único de 10 nm, e usaram esse método para capturar claramente as oscilações harmônicas rápidas do íon na armadilha. Teoricamente, ao aumentar a abertura numérica da objetiva de imagem e a razão de extinção do centro da luz esgotada (o ponto donut), a resolução espacial pode ser melhorada para abaixo de 10 nm.
Esta técnica experimental pode ser estendida à medição de múltiplos corpos e correlação de sistemas de átomos frios, e tem ampla compatibilidade com outros sistemas de átomos frios. Ele pode ser aplicado a redes ópticas, pinças ópticas de átomo neutro e sistemas híbridos de íon-átomo frio.
Publicado em 08/01/2022 08h47
Artigo original:
Estudo original: