Учёные Института науки о свете Общества Макса Планка разработали способ сохранять квантовую когерентность отдельных молекул на поверхности кристалла. Метод позволил достичь фундаментального фурье-предела, который определяет максимальное время сохранения квантовых свойств. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Молекулы на поверхности удобнее изучать и контролировать, чем частицы внутри твёрдого тела или в вакууме. Однако загрязнения обычно создают нестабильную среду и быстро ухудшают квантовые характеристики таких объектов. Новая технология помогла устранить эту проблему за счёт подготовки особенно чистой поверхности органического кристалла.
Исследователи поместили небольшой кристалл в вакуумный криостат. При комнатной температуре верхние слои материала постепенно испарялись и уносили загрязнения. Затем кристалл охлаждали до температуры всего на несколько градусов выше абсолютного нуля, после чего на очищенную поверхность наносили молекулы с помощью миниатюрной печи.
В такой среде молекулы стабильно сохраняли когерентность на уровне фурье-предела. Этот показатель связан со временем, за которое излучатель передаёт энергию окружающей среде. В шумных условиях когерентность может сокращаться в сотни и тысячи раз, однако на чистой поверхности кристалла этого не произошло.
Эксперименты также показали, что поверхность влияет на свойства закреплённых молекул. Она задаёт их ориентацию и меняет энергетические уровни, а также может воздействовать на форму и колебания частиц. В дальнейшем специалисты планируют объединить метод с атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопией для управления отдельными квантовыми излучателями с точностью до нанометров.
