Китайские физики применили оптическую микроскопию на основе истощенного основного состояния к одиночному иону иттербия, пойманному в ловушку. С помощью этого метода они смогли увидеть распределение этого иона в пространстве, и также изучить, как он колеблется под действием внешней периодической силы.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Холодные квантовые газы стали в последние годы одной из самых мощных физических платформ для квантовых симуляций и изучения новых квантовых явлений. Например, недавно с их помощью три разные группы экспериментально подтвердили предсказанный 30 лет назад эффект блокировки Паули при рассеянии света. Другим тонким квантовым эффектом, обнаруженным в холодном атомном газе, стала фрагментация конденсата Бозе — Эйнштейна.

Во всех таких экспериментах насущной необходимостью становится визуализация самих атомов. В пределе речь идет об изображении одиночных атомов и ионов, и здесь методы могут зависеть от типа ловушки, в которой они пленены. Также желательно получить оптическое изображение частицы, хотя в этом случае задача осложняется фундаментальным дифракционным ограничением, связанным с тем, что мы не можем сфокусировать свет в точку, меньшую, чем длина волны.

Для борьбы с дифракционным пределом было придумано несколько техник оптической микроскопии сверхвысокого разрешения, однако на практике они применялись в основном в условиях биологического или химического эксперимента.

Чжун-Хуа Цянь (Zhong-Hua Qian) с коллегами из Научно-технического университета Китая применили микроскопию на основе истощенного основного состояния к одиночному иону ¹⁷¹Yb⁺. Им удалось визуализировать частицу с разрешением 175 нанометров.