Físicos do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia e da Universidade do Colorado criaram uma metasuperfície
Pinças ópticas tradicionais, para a criaçãoque receberam o Prêmio Nobel em 2018, são lentes volumosas do tamanho de centímetros e sistemas ópticos complexos. Em seu trabalho, publicado na revista PRX Quantum, os pesquisadores usaram uma placa de vidro quadrada com cerca de 4 mm de comprimento. Os cientistas aplicaram milhões de pequenas colunas com várias centenas de nanômetros de altura em sua superfície.
Esquema do dispositivo. Imagem: Sean Kelley/NIST
Essa metasuperfície óptica concentra-seluz laser para capturar, manipular e exibir átomos individuais. Ao contrário das pinças ópticas convencionais, o dispositivo pode operar no vácuo contendo uma nuvem de átomos presos.
A luz incidente, de forma particularmente simples,conhecida como uma onda plana atinge grupos de minúsculos nanopilares, explicam os cientistas. Grupos de nanopilares transformam ondas planas em uma série de pequenas ondas - wavelets, cada uma ligeiramente fora de sincronia com a próxima. Como resultado, as wavelets vizinhas atingem seu pico em momentos ligeiramente diferentes. Essas wavelets combinam ou "interferem" umas com as outras e concentram toda a sua energia em um local específico - o local do átomo a ser capturado.
Dispositivo nanopilar. Imagem: T.-W. Hsu et al., PRX Quantum
Dependendo do ângulo em que a entradaondas de luz planas são incidentes em nanopilares, onde as ondas são focadas em locais diferentes, o que permite que o sistema óptico capture um número de átomos individuais localizados em locais ligeiramente diferentes uns dos outros. Em seu trabalho, os cientistas usaram uma metasuperfície para capturar nove átomos individuais de rubídio. Os autores observam que um sistema ampliado será capaz de conter centenas de átomos individuais.
A lente desenvolvida durante o experimentomanteve os átomos no lugar por cerca de 10 segundos. Isso é suficiente para estudar as propriedades mecânicas quânticas das partículas e usá-las para armazenar informações quânticas.
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