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Atom chips on the submicron scale: Routes to hybrid cold atom-quantum electronics devices

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Mescolare la fisica dello stato solido e quella ultrafredda

Scienziati finanziati dall’UE stanno gettando nuova luce sull’interazione tra materiali solidi e atomi ultrafreddi intrappolando questi ultimi in strutture 2D. La ricerca sta offrendo l’opportunità di aumentare l’uso degli atomi ultrafreddi in nanosensori o in orologi precisi.

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Quando gli atomi vengono raffreddati fino a temperature estremamente basse, vicine allo zero assoluto, le loro proprietà meccaniche quantistiche diventano importanti. Il progetto HYCODE (Atom chips on the submicron scale: Routes to hybrid cold atom-quantum electronics devices), finanziato dall’UE, sta preparando delle sottili membrane di grafene per intrappolare gli atomi ultrafreddi. Avvicinandoli a pochi micron di distanza, gli scienziati realizzeranno un accoppiamento controllato efficiente, veloce e sufficientemente forte tra il sistema atomico e quello allo stato solido. Per via della sua elevata mobilità degli elettroni, il grafene consente di generare delle correnti sufficientemente alte da produrre delle trappole magnetiche per gli atomi ultrafreddi a temperatura ambiente. Gli scienziati si stanno concentrando sulla riduzione delle forze di attrito che si verificano tra le membrane di grafene, sulla diminuzione del rumore termico e sulla produzione di grafene difettoso. L’approccio del progetto per fabbricare le membrane di grafene consiste nel collocarle su di una grata isolata in rame e nell’usare una luce laser per formare i percorsi per la corrente. Tali cavi dovrebbero quindi generare i campi magnetici che fungeranno da trappole per gli atomi. Gli scienziati hanno assemblato una camera per ultra alto vuoto per effettuare l’esperimento con gli atomi freddi. Inoltre, essi hanno sviluppato una trappola magneto-ottica a doppio colore che cattura e raffredda gli atomi fino a temperature prossime allo zero assoluto. Mescolare la fisica dello stato solido e quella atomica dovrebbe portare a significativi effetti sinergici e a una nuova fisica. Il lavoro del progetto dovrebbe contribuire notevolmente al rapido sviluppo di nuovi sistemi ibridi da usare nell’elaborazione di informazioni quantistiche o nella metrologia quantistica.

Parole chiave

Stato solido, fisica, atomi ultrafreddi, nanosensori, elettronica quantistica, membrane grafene

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