Ερευνητές του Ινστιτούτου Max Planck για την Επιστήμη του Φωτός ανέπτυξαν μια νέα τεχνική που επιτρέπει τη μελέτη μεμονωμένων μορίων πάνω σε κρυσταλλικές επιφάνειες με πρωτοφανή φασματοσκοπική ακρίβεια, φτάνοντας για πρώτη φορά το θεμελιώδες κβαντικό όριο, γνωστό ως «όριο Fourier».
Η ανακάλυψη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science, αναμένεται να ανοίξει νέους δρόμους στην κβαντική τεχνολογία και στη μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ μορίων και επιφανειών.
Η πρόκληση των «θορυβωδών» επιφανειών
Πολλές εφαρμογές της κβαντικής τεχνολογίας βασίζονται σε αντικείμενα νανοκλίμακας, όπως άτομα και μόρια, τα οποία αλληλεπιδρούν έντονα με το φως. Ωστόσο, όταν αυτά βρίσκονται πάνω σε επιφάνειες, η παρουσία μικροσκοπικών ρύπων δημιουργεί ένα ασταθές περιβάλλον που καταστρέφει τις ευαίσθητες κβαντικές τους ιδιότητες.
Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να ελέγξουν αποτελεσματικά άτομα και μόρια που ήταν προσκολλημένα σε επιφάνειες χωρίς να υποβαθμιστούν οι οπτικές και κβαντικές τους ιδιότητες.
Καθαρισμός της επιφάνειας σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες
Η ομάδα του καθηγητή Vahid Sandoghdar ανέπτυξε μια πρωτότυπη μέθοδο καθαρισμού οργανικών κρυστάλλων. Αρχικά τοποθέτησαν τον κρύσταλλο σε θάλαμο κενού, όπου τα ανώτερα στρώματα εξατμίστηκαν φυσικά μαζί με τους ρύπους. Στη συνέχεια ο κρύσταλλος ψύχθηκε σε θερμοκρασίες λίγων βαθμών Kelvin πάνω από το απόλυτο μηδέν, ώστε να σταματήσει η εξάχνωση, ενώ ειδικός μικροσκοπικός φούρνος απέθεσε τα μόρια πάνω στην εξαιρετικά καθαρή επιφάνεια.
Για πρώτη φορά στο όριο Fourier
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα μόρια διατηρούσαν τη συνοχή τους όσο επιτρέπει η ίδια η κβαντική φυσική, φτάνοντας το όριο Fourier. Αυτό σημαίνει ότι το περιβάλλον τους ήταν σχεδόν απαλλαγμένο από θόρυβο και διαταραχές, κάτι που επιτυγχάνεται για πρώτη φορά σε επιφάνεια.
Παράλληλα, η μελέτη αποκάλυψε ότι η επιφάνεια του κρυστάλλου επηρεάζει τον προσανατολισμό, την ενέργεια και πιθανώς ακόμη και το σχήμα ή τις δονήσεις των μορίων.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν να συνδυάσουν τη νέα τεχνική με μικροσκόπια ατομικής δύναμης (AFM) και μικροσκόπια σάρωσης σήραγγας (STM), ώστε να αποκτήσουν έλεγχο με νανομετρική ακρίβεια σε μεμονωμένους κβαντικούς εκπομπούς και να ανοίξουν τον δρόμο για νέες εφαρμογές στις κβαντικές τεχνολογίες.
