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美首次在“原子线路”中观察到滞后效应

  核心提示:美国马里兰大学帕克分校的物理学家格里琛·坎普贝尔领导的研究团队首次在超冷的“原子线路”中观察到了对电子设备来说至关重要的“滞后现象”,最新研究是原子技术领域的一个里程碑,有助于科学家们使用原子而非电子的流动制造出一系列全新设备。

 

  据英国《自然》杂志近日报道,美国马里兰大学帕克分校的物理学家格里琛·坎普贝尔领导的研究团队首次在超冷的“原子线路”中观察到了对电子设备来说至关重要的“滞后现象”,最新研究是原子技术领域的一个里程碑,有助于科学家们使用原子而非电子的流动制造出一系列全新设备。

  在原子线路中,原子云处于超冷状态,形成一个名为玻色—爱因斯坦凝聚态(BEC)的量子状态,处于这种奇特状态的大量原子的行为就像单个粒子一样。这种凝聚态也能“变身”为超流体,这意味着,原子能毫无阻滞地流过障碍物,且能在环形陷阱内流动。坎普贝尔表示,迄今为止,原子技术主要停留在理论阶段,但其在研制全新的量子设备方面拥有巨大的潜能。

  滞后现象是指一个系统的物理性质强烈依赖于所施加扰动的历史,在包括硬盘驱动器和磁通门磁力计等在内的电子线路中被广泛利用,并且是射频超导量子干涉装置发挥功能所必需的。滞后现象也是“超流体性”的基础,曾被预测会出现在超流体原子气体如BEC中。

  在最新研究中,坎普贝尔团队在环状陷阱中捕获到了钠原子,并将其冷却到绝对零度之上十亿分之几度,直到这些原子呈现出超冷状态。随后,他们使用一台激光器作为一个桨状物来搅动环中的原子,轻微的搅动并不会让它们流动,然而,到达一个关键的旋转速度后,所有原子突然开始流动,且旋转速度比桨状物还快。随后,他们让该实验倒退,在超流体中以电流开始,接着用一个桨状物让其速度减慢,科学家们发现,流动突然停止的点比它突然开始运动的点低。坎普贝尔说:“我们知道这会发生,但并不确定能否精确控制这套系统从而看到这一行为。”

  科学家们表示,原子技术并不会直接取代电子技术,因为原子电路比电子电路更大且运行更慢。但原子电路有其独特的优势,比如其在旋转传感器(在宇宙飞船和飞机定位方面扮演重要角色)等应用领域就非常有用。德国汉堡大学的理论物理学家路德维希·马蒂表示,原子设备或许能执行基本的量子计算。

  坎普贝尔补充道,因为原子内的超流体与超导体内毫无阻滞流动的电子类似,研究原子技术制成的晶体管有助于推动超导体的理论研究。不过,她也承认,实用的原子设备还需要很长时间才能研制成功,“我们正在慢慢摸索如何控制系统,我相信,前途一片光明”。

(本文来源:科技日报)








 
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