Квантовата искра на Херц е ключът към разбирането на устройствата на бъдещето

Технологичен пробив дава на учените уникален инструмент за изучаване на най-малките частици.

През 80-те години на XIX в. Хайнрих Херц прави революционно откритие, когато установява, че искра, преминаваща между две метални части, предизвиква искра от светлина. Това всъщност са бързо осцилиращи електромагнитни вълни, които могат да бъдат уловени с антена. В чест на неговата иновативна работа през 1930 г. единицата за честота е наречена „херц“. Резултатите от изследванията на Херц по-късно са използвани от Гулиелмо Маркони (носител на Нобелова награда за физика за 1909 г.). ПО-конкретно за предаване на информация на големи разстояния. Именно това дава началото на радиокомуникацията и революцията в безжичната телеграфия, която оформя съвременния свят.

Повече от век по-късно учени от Катедрата по физика и Центъра за свръхбърза наноскопия (RUN) към Университета в Регенсбург успяха директно да наблюдават квантовата версия на искрата на Херц, която прескача между само два атома. Използвайки най-новата техника „оптична тунелна микроскопия в близко поле“ (NOTE), те успяха да изградят осцилограмата на излъчената светлина с безпрецедентна времева точност от повече от един цикъл на трептене на светлинната вълна. Това откритие отваря нови хоризонти за изучаване на квантовите явления в атомен мащаб. И показва как фундаменталните открития от миналото продължават да вдъхновяват учените за нови пробиви в съвременната наука.

В основата на NOTE е използването на ултраостър атомен накрайник, който фокусира светлината в миниатюрната празнина между накрайника и повърхността на пробата. Този метод ни дава възможност да видим как електроните, които се държат едновременно като частици и като вълни, се движат през тази междина под въздействието на осцилиращото електрическо поле на светлината.

„Отначало изглеждаше като мисия невъзможна да открием излъчването на Херц от няколко електрона на цикъл осцилираща светлина“,

казва водещият автор на изследването Том Сидей.

Въпреки това, благодарение на ултрастабилния връх, който служи като антена, е било възможно да се улови достатъчно силен сигнал.

Това откритие позволи на учените да наблюдават вълните на материята на атомно ниво. Както и да изучават динамиката на процеси, които протичат по-бързо от една трилионна част от секундата. Откритията са публикувани в списание Nature и обещават нови възможности за разработване на свръхбързи квантови технологии и за разбиране на динамиката на електроните в квантовите материали. Това може да доведе до истинска революция в настоящите технологии в областта на компютрите и съхранението на данни.

„Електрониката е изключително чувствителна, но твърде бавна, за да наблюдаваме директно флуктуациите на тока в квантовата искра. Затова трябва да изследваме флуктуациите на излъчваната светлина“,

обяснява ръководителят на изследователския екип Руперт Хубер.

По този начин NOTE предлага уникален поглед към един микроскопичен свят, който досега е оставал скрит за научната общност.