Физики Хайфского Техниона впервые передали отдельный атом от одного оптического пинцета в другой

Экспериментальная установка, созданная на физическом факультете Хайфского Техниона, продемонстрировала перенос отдельных атомов между оптическими пинцетами.

Исследование, проведенное под руководством профессора Йоава Саги и аспиранта Яная Флоршайма из Института твердого тела, было опубликовано в журнале Science Advances.

Эксперимент основан на оптическом пинцете – инструменте для захвата атомов, молекул и даже живых клеток с использованием оптического потенциала, создаваемого сфокусированными лазерными лучами.

Изобретение оптических пинцетов, которые уже стали важным инструментом в физике, принесло Артуру Ашкину (США), Жерару Моро (Франция) и Донне Стриклэнд (Канада) Нобелевскую премию по физике в 2018 году.

Оптический пинцет создает силу, пропорциональную интенсивности света. Эта сила достаточно велика, чтобы захватывать, удерживать или перемещать микрообъекты – атомы и молекулы. Оптические пинцеты получили получили широкое распространение в самых разных задачах физики и биофизики. Принципы, реализованные в оптических пинцетах, позволяют, например, сортировать клетки и отделять живые от мертвых. Но чего явно не хватало для того, чтобы сделать такие пинцеты более удобными: нужно было научиться работать не с каждым пинцетом отдельно, а с целой группой устройств сосредоточенных на одной задаче микросборки. Но для этого необходимо передавать атомы и молекулы от одного пинцета другому.

Исследователи Техниона использовали в своем эксперименте линейный массив из трех оптических пинцетов. Изменяя расстояния между каждой парой соседних пинцетов, физики динамически контролировали скорость туннелирования атомов между ними.

Туннелирование – явление, уникальное для квантового мира, где у частиц есть шанс преодолеть потенциальный барьер, который они не могут преодолеть по классическим законам. При туннелировании атом не перепрыгивает через барьер, а как бы "проходит" сквозь него из одной потенциальной ямы в другую. Контролируя скорость туннелирования, физики в новой работе смогли плавно и эффективно переносить атомы между двумя пинцетами. Они показали, что атом перепрыгивает между крайними пинцетами и не обнаруживается в среднем.

Пока ученые продемонстрировали первое экспериментальное подтверждение переноса атомов. Физики полагают, что новый метод может стать важной вехой в разработке квантовых платформ. Возможность обмена атомами между оптическими пинцетами делает доступными платформы со многими пинцетами, а не с одним, как было до сих пор. Это делает работу, например, с белками, более быстрой и надежной.