Een techniek om de dampdichtheid van alkalimetaal te stabiliseren met behulp van gouden nanodeeltjes, zodat elektronen toegankelijk zijn voor toepassingen zoals kwantumcomputers, atoomkoeling en precisiemetingen, is gepatenteerd door wetenschappers van de Universiteit van Bath.

Alkalimetaaldampen, inclusief lithium, natrium, potassium, rubidium en cesium, wetenschappers toegang geven tot individuele elektronen, door de aanwezigheid van een enkel elektron in de buitenste 'schil' van alkalimetalen.

Dit heeft een groot potentieel voor een scala aan toepassingen, inclusief logische bewerkingen, opslag en detectie in kwantumcomputers, evenals in ultraprecieze tijdmetingen met atoomklokken, of in medische diagnostiek, waaronder cardiogrammen en encefalogrammen.

Echter, een ernstig technisch obstakel het betrouwbaar regelen van de druk van de damp in een afgesloten ruimte is geweest, bijvoorbeeld de buis van een optische vezel. Er moet worden voorkomen dat de damp aan de zijkanten blijft plakken om zijn kwantumeigenschappen te behouden, maar bestaande methoden om dit te doen, inclusief direct verwarmende dampcontainers zijn traag, duur, en onpraktisch op schaal.

Wetenschappers van de Universiteit van Bath, werken met een collega aan de Bulgaarse Academie van Wetenschappen, hebben een ingenieuze methode bedacht om de damp te beheersen door de binnenkant van containers te coaten met nanoscopische gouddeeltjes 300, 000 keer kleiner dan een speldenknop.

Wanneer ze worden verlicht met groen laserlicht, absorberen de nanodeeltjes het licht snel en zetten het om in warmte, de damp opwarmen en ervoor zorgen dat deze meer dan 1 in de container verspreidt 000 keer sneller dan met andere methoden. Het proces is zeer reproduceerbaar en in aanvulling op, de nieuwe coating van nanodeeltjes bleek de kwantumtoestanden van alkalimetaalatomen die ervan weerkaatsen te behouden.

De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Professor Ventsislav Valev, van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Bath leidde het onderzoek. Hij zei:"We zijn erg enthousiast over deze ontdekking omdat het zoveel toepassingen heeft in huidige en toekomstige technologieën! Het zou nuttig zijn bij atomaire koeling, in atoomklokken, in magnetometrie en in spectroscopie met ultrahoge resolutie."

"Onze coating maakt een snelle en reproduceerbare externe controle van de dampdichtheid en de bijbehorende optische diepte mogelijk, cruciaal voor kwantumoptica in deze beperkte geometrieën."

Assoc. Prof Dimitar Slavov, van het Instituut voor Elektronica van de Bulgaarse Academie van Wetenschappen, toegevoegd "In dit bewijs van principe, er werd aangetoond dat het belichten van onze coating aanzienlijk beter presteert dan conventionele methoden en compatibel is met standaard polymeercoatings die worden gebruikt om kwantumtoestanden van afzonderlijke atomen en coherente ensembles te behouden."

Dr. Kristina Rusimova, een prijs fellow bij de afdeling Natuurkunde, toegevoegd:"Verdere verbeteringen van onze coating zijn mogelijk door de deeltjesgrootte af te stemmen, materiaalsamenstelling en polymeeromgeving. De coating kan worden toegepast in verschillende containers, inclusief optische cellen, magneto-optische vallen, micro cellen, capillairen en holle-kern optische vezels."