Ғалымдар алғаш рет Шапиро баспалдақтары деп аталатын құбылысты жаңа ортада — абсолюттік нөлге жақын температураға дейін салқындатылған атомдар бұлтында — қайта жаңғырта алды. Бұған дейін бұл эффект тек қатты денелі асқынөткізгіштерде ғана байқалған еді.

Атомтроника дегеніміз не?

Атомтроника — бұл атомдардың қозғалысын және оны басқару тәсілдерін зерттейтін физиканың саласы. Ол электрониканың баламасы болып табылады, бірақ мұнда электрондардың орнына атомдар қолданылады. Атомтроникада ультрасалқын атомдар пайдаланылады, себебі олардың кванттық қасиеттері мен дәл бақылау мүмкіндігі айқын кванттық эффектілері бар жүйелерді модельдеуге жол ашады. Мұндай сұлбаларда атомдарды жылжыту үшін ғалымдар лазерлерді қолданады.

Ультрасалқын атомдармен жүргізілген тәжірибе

Эксперимент барысында зерттеушілер литий атомдарын пайдаланды, оларды аса сұйық ферми-газ күйіне дейін салқындатты. Бұл күйде атомдар жұптасып, асқынөткізгіштердегі Купер жұптарына ұқсас құрылым түзеді. Джозефсон түйісуін — екі асқынөткізгіш қабаттың арасындағы жұқа диэлектрик қабатынан тұратын жүйені — жасау үшін ғалымдар оны екі ультрасалқын атомдар резервуарынан құрастырды, оларды 532 нанометр толқын ұзындығындағы лазерлік сәуле бөліп тұрды.

Осы жүйеде атомдар кванттық туннелдеу құбылысын көрсете алды, яғни олар энергия жоғалтпай, топ болып тосқауылдан өте алды. Айнымалы сыртқы потенциал әсер еткенде, түйісудің екі жағындағы химиялық потенциал айырмасы біртіндеп емес, секірмелі түрде өзгеріп, біркелкі «баспалдақтар» түзді. Осылайша, физиктер алғаш рет суық атомдар жүйесіндегі джозефсон түйісуінен ток өткенде Шапиро баспалдақтарын тіркеді. Зерттеу нәтижелері Science журналында жарияланды.

Шапиро баспалдақтарының мәні

Шапиро баспалдақтары — бұл белгілі бір физикалық шаманың ток параметрлеріне тәуелді нақты, квантталған мәндерге ие болатын кванттық құбылыс. Электроникада бұл баспалдақты өзгеріс жүйенің кернеуінде байқалса, атомтроникада — химиялық потенциал айырмасында көрінеді. Әр баспалдақтың биіктігі қолданылған ток жиілігіне тікелей байланысты.

Болашағы мен қолданылуы

Ғалымдардың пікірінше, ультрасалқын атомдар — іргелі кванттық құбылыстарды зерттеуге арналған мінсіз платформа және кванттық жүйелердің ұжымдық динамикасын жоғары дәлдікпен бақылауға мүмкіндік беретін қуатты құрал. Атомтроникада алынған мәліметтер аса сезімтал сенсорлар мен күрделі кванттық материалдарды модельдейтін симуляторлар жасауға пайдаланылуы мүмкін.