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Átomos en trampas fotónicas

En los últimos años se ha realizado un trabajo importante para introducir los átomos ultrafríos en el campo de la nanofotónica. Un grupo de investigadores financiado por la Unión Europea ha sido el primero en hacer realidad sistemas capaces de acoplar átomos aislados con guías de onda hechas con cristales fotónicos.
Átomos en trampas fotónicas
El proyecto ATOMNANO (Quantum interface between atomic and nano-photonic systems) pretendía controlar tanto el tipo como el alcance de las interacciones átomo-fonón. Además, mediante el diseño preciso de la dispersión óptica de los cristales fotónicos, es posible lograr interacciones fuertes entre fotones individuales.

Los cristales fotónicos son materiales dieléctricos que contienen elementos nanoscópicos organizados de forma periódica. Algunas longitudes de onda de luz se propagan por ellos, mientras que otras no. Diseñando la periodicidad minuciosamente, se ha logrado controlar la luz en los cristales fotónicos, que actúan como guías de ondas de bajas pérdidas.

En ATOMNANO, los investigadores desarrollaron un conjunto de herramientas de computación para diseñar cristales fotónicos que facilitan la localización de átomos fríos en su estructura. Además, aplicaron nuevos principios de diseño para demostrar cómo es posible ajustar la forma en que se propagan las interacciones entre átomos y fotones en los cristales.

En particular, mostraron que las estructuras cristalinas fotónicas bien diseñadas admiten interacciones fuertes de largo alcance, gracias a un fenómeno por el cual los átomos se «visten» con una nube fotónica localizada. El tamaño de esta nube se puede controlar ajustando las propiedades de la estructura cristalina.

Poder ajustar a medida las interacciones entre emisores cuánticos y fotones únicos es uno de los pilares de la óptica cuántica. La capacidad de lograr interacciones de largo alcance entre átomos y fotones también abre nuevos caminos de investigación para la física cuántica de muchos cuerpos.

Antes de finalizar ATOMNANO, se mostró que las fuerzas intensas dependientes del espín que surgen de los átomos acoplados a cristales fotónicos dan lugar a «cristales cuánticos». En estos cristales exóticos, la organización espacial de los átomos depende de sus energías de intercambio de espín.

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Palabras clave

Átomos ultrafríos, nanofotónica, cristal fotónico, ATOMNANO, física de muchos cuerpos
Número de registro: 198768 / Última actualización el: 2017-06-07
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