Квантовая искра Герца - ключ к пониманию устройств будущего

В 1880-х годах Генрих Герц совершил революционное открытие, обнаружив, что искра, пролетающая между двумя кусками металла, испускает вспышку света — быстро колеблющиеся электромагнитные волны, которые можно уловить с помощью антенны. В честь его новаторской работы в 1930 году единица частоты была названа «герц». Результаты исследований Герца позже были использованы Гульельмо Маркони (лауреат Нобелевской премии по физике 1909 года) для передачи информации на большие расстояния, что положило начало радиосвязи и произвело революцию в области беспроводной телеграфии, сформировав современный мир.

Более века спустя ученые из факультета физики и Регенсбургского центра сверхбыстрой наноскопии (RUN) Регенсбургского университета смогли напрямую наблюдать квантовую версию искры Герца, прыгающую между всего лишь двумя атомами. Используя новейшую технику "микроскопии оптического туннелирования ближнего поля" (NOTE), им удалось измерить осциллограмму излучаемого света с беспрецедентной временной точностью, превышающей один цикл колебаний световой волны. Это открытие открывает новые горизонты для изучения квантовых явлений на атомарном масштабе и демонстрирует, как фундаментальные открытия прошлого продолжают вдохновлять ученых на новые свершения в современной науке.

В основе NOTE лежит использование сверхострого атомарного наконечника, который фокусирует свет в крошечном промежутке между наконечником и поверхностью образца. Этот метод позволяет увидеть, как электроны, ведущие себя одновременно как частицы и как волны, перемещаются через этот промежуток под воздействием осциллирующего электрического поля света.

"Сначала казалось, что обнаружить излучение Герца от нескольких электронов за цикл колебаний света — это миссия невыполнима," говорит первый автор исследования Том Сидей. Однако благодаря ультрастабильности наконечника, который служит антенной, удалось уловить сильный сигнал.

Это открытие позволило учёным наблюдать за волнами материи на атомарном уровне и исследовать динамику процессов, происходящих быстрее, чем триллионная доля секунды. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature и обещают новые возможности для разработки сверхбыстрых квантовых технологий и понимания динамики электронов в квантовых материалах, что может кардинально изменить современные технологии в области вычислений и хранения данных.

"Электроника чрезвычайно чувствительна, но слишком медленна для прямого наблюдения за колебаниями тока в квантовой искре, поэтому приходится изучать колебания излучаемого света," объясняет руководитель исследовательской группы Руперт Хубер.

Таким образом, NOTE предоставляет уникальную возможность заглянуть в микроскопический мир, который до сих пор оставался скрытым для научного сообщества.