Kulisy prowadzonych badań zostały już opisane w artykule zamieszczonym na łamach Nature Photonics. Jak wyjaśniają autorzy publikacji, doszło do uwiecznienia przesunięcia skwantowanego poziomu energii elektronicznej przy oscylacjach atomów trwających krócej niż bilionowa część sekundy.
Czytaj też: Sztuczna inteligencja pomoże w namierzeniu nowych materiałów do wychwytywania dwutlenku węgla
Sprawa jest szczególnie fascynująca ze względu na założenia fizyki kwantowej. Wystarczy przytoczyć łatwy do wyobrażenia scenariusz, w którym podrzucamy w górę piłkę. Nadając jej odpowiedni pęd sprawimy, że zacznie się wznosić i będzie to zachodziło w wyjątkowo płynny sposób. Ale w świecie kwantowym sprawy mają się nieco inaczej.
Na przykład elektrony mogą przyjmować energię w bardziej stopniowy sposób, przez co ich poruszanie nie będzie równie płynne, lecz może przywodzić na myśl wchodzenie po kolejnych stopniach drabiny. Poziomy energii elektronowej mogą zostać przesunięte za sprawą interakcji z innymi elektronami lub atomami, choć obserwacja tego nie jest łatwa – zarówno ze względu na skalę wielkościową, jak i czasową.
Członkowie zespołu badawczego śledzili wpływ atomów na poziomy energetyczne elektronów. Skorzystali w tym celu z zaawansowanych technologicznie narzędzi
Na szczęście fizycy dysponują coraz bardziej zaawansowanymi narzędziami pozwalającymi im na omijanie ograniczeń. W ten sposób śledzili z rozdzielczością atomową w ultraszybkich skalach czasowych, jak energia pojedynczego elektronu jest dostrajana przez wibracje otaczających atomów. Co ciekawe, byli także w stanie szczegółowo kontrolować ten proces. Takie odkrycia mogą mieć kluczowe znaczenie dla rozwoju superszybkich technologii kwantowych.
Aby przekonać się, co dokładnie się dzieje, członkowie zespołu badawczego zwrócili uwagę na minimalne zmiany energii zachodzące w obserwowanym materiale. Taki, nazywany dwuwymiarowym, ze względu na skrajnie niską grubość, ma ogromny potencjał w kontekście zastosowań w elektronice przyszłości, takiej jak komputery kwantowe. Aby zrozumieć, jak wielkim wyzwaniem były zorganizowane eksperymenty, warto zauważyć, że naukowcy wykonywali zdjęcia poziomów energetycznych w czasie krótszym niż bilionowa część sekundy.
Czytaj też: Naddźwiękowe uderzenia im niestraszne. Powstały materiały o wyjątkowej odporności
Sukces w prowadzonych badaniach toruje drogę dla eksperymentów poświęconych poznawaniu dynamiki poziomów energii w skalach atomowych, a także zachodzących interakcji tych cząstek z otoczeniem. Jakie mogą być praktyczne korzyści? Wystarczy wspomnieć, że ruch pojedynczych atomów może wpływać na strukturę energetyczną materiału, zapewniając mu nowe, szczególnie pożądane właściwości.
