Учёные из Института науки о свете Общества Макса Планка (MPL) впервые добились того, чтобы одиночные молекулы на поверхности кристалла достигли фундаментального квантового предела — предела Фурье. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Квантовые излучатели — атомы и молекулы, взаимодействующие со светом, — широко используются в квантовых технологиях для генерации одиночных фотонов, хранения квантовой информации и запутывания. Размещение таких излучателей на поверхности открыло бы новые возможности для управления ими с помощью атомно-острых зондов — как в сканирующей туннельной или атомно-силовой микроскопии. Прежде это не удавалось: поверхности легко поглощают загрязнения из окружающей среды, создавая нестабильное «шумное» окружение, которое разрушает квантовые свойства молекул.
Группа профессора Вахида Сандогдара разработала принципиально новый метод очистки поверхности. Органический кристалл помещали в криостат в условиях вакуума: при комнатной температуре верхние слои кристалла медленно испаряются, унося с собой загрязнения. Затем кристалл охлаждали до нескольких кельвинов выше абсолютного нуля, останавливая дальнейшую сублимацию, после чего с помощью микрофабрикованной печи наносили молекулы на очищенную поверхность. Качество квантовых излучателей оценивают по времени когерентности — длительности сохранения квантовых свойств. В «шумном» окружении это время может быть в сотни и тысячи раз короче предела Фурье. В новом эксперименте молекулы на чистой поверхности стабильно достигали этого предела — впервые в истории подобных исследований.
В ходе дальнейших экспериментов учёные также обнаружили, что поверхность задаёт молекулам определённую ориентацию, смещает их энергетические уровни и может влиять на форму молекул и характер их колебаний. По словам Сандогдара, следующим шагом станет объединение разработанного метода с атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопией для получения нанометрового контроля над отдельными квантовыми излучателями.
