(PhysOrg.com) - "Pour la première fois, des domaines d'études portant à la fois sur les atomes froids et à l'échelle nanométrique se sont croisés, " Lene Vestergaard Hau raconte PhysOrg.com . « Même si les deux ont été des domaines de recherche actifs, les atomes froids n'ont pas été réunis avec des structures à l'échelle nanométrique au niveau du nanomètre. Il s'agit d'un système totalement nouveau.

Hau est professeur Mallinckrodt de physique et de physique appliquée à l'Université de Harvard. Avec son collègue J.A. Golovchenko, et les étudiants diplômés Anne Goodsell et Trygve Ristroph, qui sont dans son laboratoire à Harvard, Hau a pu mettre en place une expérience qui permet d'observer la capture et l'ionisation du champ d'atomes froids. Leur travail se trouve dans Lettres d'examen physique : « Ionisation de champ d'atomes froids près de la paroi d'un seul nanotube de carbone. »

"Ce que nous avons observé a un certain nombre d'implications fondamentales et pratiques intéressantes, ", dit Hau. "Nous comparons même les effets à ceux d'un trou noir." Elle s'empresse de souligner, bien que, que l'effet de trou noir à l'échelle atomique n'est pas gravitationnel. "C'est un effet créé par un champ électrique, qui crée une attraction singulière sur un atome et le déchire finalement. Ces dynamiques ont des similitudes avec ce qui se passe dans un trou noir.

Pour créer l'effet, Hau et son équipe ont cultivé un nanotube de carbone à paroi unique dans leur laboratoire. Le nanotube était long — 10 microns — et librement suspendu. Le nanotube a également été chargé jusqu'à 300 volts, une situation très inhabituelle pour un nanotube. Des atomes froids ont ensuite été introduits dans la chambre à vide contenant le nanotube. « Nous avons lancé un nuage d'atomes froids vers le nanotube, et en raison de sa charge, les atomes ont été aspirés et capturés, », explique Hau.

Une fois capturé, un atome commence sur un chemin en spirale, en orbite de plus en plus vite, jusqu'à ce qu'il soit déchiré très près du nanotube. L'électron est aspiré, et un ion positif est projeté à haute énergie. Cet ion est détecté lorsqu'il est éjecté par le nanotube.

"Quand l'électron est attiré, il passe par un processus de tunnel, », explique Hau. « Il doit traverser des zones qui sont classiquement interdites. Le processus est de la mécanique quantique. Nous pouvons observer l'interaction de l'atome et du nanotube pendant que l'électron essaie de creuser un tunnel, et cela nous offre une chance de jeter un coup d'œil à certaines des dynamiques intéressantes qui se produisent à l'échelle nanométrique. »

Une autre possibilité est que cette combinaison d'atomes froids avec des structures à l'échelle nanométrique pourrait conduire à de nouveaux états de la matière. « Comme nous savons maintenant comment aspirer des atomes en orbite à des vitesses de spin aussi élevées, cela pourrait conduire à un nouvel état de la matière atomique froide qui pourrait être super intéressant à étudier, », souligne Hau.

Pratiquement, ce nouveau système a également du potentiel. « On pourrait faire des détecteurs très sensibles, ", dit Hau. «Des choses comme les« renifleurs d'atomes» qui détectent les gaz traces pourraient être une application pour ce travail. En outre, la possibilité d'une précision au nanomètre unique signifie une résolution spatiale très élevée. Ce système pourrait être utilisé dans des interféromètres - des interféromètres construits sur une seule puce et basés sur des atomes froids, ce qui serait important pour la navigation, par exemple."

Pour l'instant, bien que, Hau et son groupe se concentrent sur le raffinement de leur technique. « Nous voulons poursuivre à la fois l'aspect fondamental de la création de nouveaux états de matière froide, et le développement de détecteurs sensibles. C'est quelque chose de vraiment nouveau, et il a le potentiel d'être développé en applications pratiques.

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