خنک‌سازی سیستم‌های کوانتومی با سردترین ماده جهان

فیزیکدانان دانشگاه بازل یک روش خنک‌سازی جدید برای سیستم‌های کوانتومی مکانیکی ابداع کرده‌اند.

کد خبر: ۱۱۸۶۵۳۵

تاریخ: ۰۶ آذر ۱۳۹۳ - ۰۹:۴۰

به گزارش سرویس فناوری ایسنا، با استفاده از یک گاز اتمی فراسرد، ارتعاشات غشا به کمتر از یک درجه بالاتر از صفر مطلق رسید؛ این روش امکان انجام تحقیقات فیزیک کوانتوم و ساخت دستگاه‌های اندازه‌گیری دقیق را فراهم می‌کند.

گازهای اتمی فراسرد، جزو سردترین مواد در جهان محسوب می‌شوند؛ می‌توان از پرتوهای لیزر برای بدام انداختن اتم‌ها درون یک محفظه خلأ و کم کردن حرکت‌ آنها، رسیدن به دماهای کمتر از یک میلیونیم یک درجه بالاتراز صفر مطلق استفاده کرد.

در چنین دماهای پایین، اتم‌ها از قوانین فیزیک کوانتومی تبعیت می‌کنند: مانند بسته‌های موجی کوچک حرکت کرده و می‌توانند در یک لحظه در مکان‌های مختلف قرار بگیرند؛ این ویژگی‌ها در فناوری‌هایی مانند ساعت اتمی و دستگاه‌های اندازه‌گیری دقیق کاربرد دارند.

یخچال اتمی فراسرد

‌می‌توان از این گازهای فراسرد بعنوان خنک‌کننده – برای خنک کردن سایر اجسام تا دماهای بسیار پایین – استفاده کرد که مسیر را برای انجام تحقیقات فیزیک کوانتوم در سیستم‌های جدید بزرگتر هموار می‌کند.

مشکل اصلی، میکروسکوپی بودن این اتم‌ها است و حتی ابرهای بزرگ متشکل از میلیاردها اتم فراسرد، شامل ذرات بسیار کمتری از یک دانه شن هستند؛ درنتیجه قدرت خنک‌سازی اتم‌ها محدود می‌شود.

تیم تحقیقاتی دانشگاه بازل به سرپرستی پروفسور «فیلیپ ترویتلاین»، موفق به استفاده از اتم‌های فراسرد برای خنک‌سازی ارتعاشات یک غشاء در اندازه یک میلی‌متر شدند؛ این غشاء یک فیلم نیترید سیلیکون به ضخامت 50 نانومتر است. اگرچه غشاء حامل حدود یک میلیارد برابر ذرات بیشتر در مقایسه با ابر اتمی است، اثر خنک‌سازی قوی مشاهده شد که ارتعاشات غشاء را به کمتر از یک درجه بالاتر از صفر مطلق رساند.

نخستین آزمایش از نوع خود در جهان

سیستم‌هایی که از نور برای بهم پیوستن اتم‌های فراسرد و اسیلاتورهای مکانیکی استفاده می‌کنند، از لحاظ تئوری ارائه شده‌اند. آزمایش صورت گرفته توسط محققان سوئیسی نخستین آزمایش برای تحقق بخشیدن به چنین سیستم و استفاده از آن برای خنک کردن اسیلاتور در جهان محسوب می‌شود.

پیشرفت‌های فنی آتی امکان سرد کردن ارتعاشات غشا به حالت پایه کوانتومی را فراهم می‌کند.

بودجه تحقیقاتی این پروژه توسط اتحادیه اروپا و مرکز ملی تحقیقات علوم کوانتومی و فناوری (NCCR QSIT) و موسسه علوم نانو سوئیس (SNI) تأمین شد.

نتایج این دستاورد در مجله Nature Nanotechnology منتشر شد.