Учёные Института науки о свете Общества Макса Планка разработали способ изучать отдельные молекулы на поверхности кристалла, сохраняя их квантовую когерентность на предельном уровне. Результаты работы опубликованы в журнале Science. Как сообщает SciTechDaily, метод может расширить возможности исследований взаимодействия молекул с поверхностями и развития молекулярных квантовых технологий.
Атомы и молекулы, активно взаимодействующие со светом, применяются в оптических квантовых технологиях. Такие квантовые излучатели способны создавать одиночные фотоны, хранить квантовую информацию и передавать запутанные состояния. Обычно для исследования отдельного излучателя его удерживают в вакууме либо помещают внутрь твёрдого материала.
Размещение молекул на поверхности позволяет напрямую воздействовать на них острыми зондами, используемыми в сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии. Однако загрязнения на поверхности создают нестабильную среду и ухудшают квантовые свойства молекул. Команда под руководством профессора Вахида Сандогдара решила эту проблему, используя органический кристалл, который медленно испаряется при комнатной температуре.
Небольшой кристалл поместили в вакуумный криостат. При испарении верхних слоёв с поверхности удалялись загрязняющие частицы, после чего образец охлаждали до температуры всего на несколько кельвинов выше абсолютного нуля. Затем на очищенную поверхность с помощью микропечи наносили молекулы.
Полученная среда оказалась крайне стабильной для квантовых излучателей. Исследователи установили, что молекулы достигали предела Фурье — максимального времени сохранения когерентности, определяемого передачей энергии окружающей среде. В шумных условиях этот показатель может сокращаться в сотни и тысячи раз, однако на чистой поверхности кристалла фундаментальный предел был достигнут впервые.
Эксперименты также показали, что поверхность влияет на ориентацию и энергетические уровни адсорбированных молекул, а возможно, меняет их форму и колебания. В дальнейшем учёные планируют объединить метод с атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопией. Это позволит управлять отдельными квантовыми излучателями с точностью до нанометров и изучать свойства поверхностей более детально.