Znajdź zawartość

Po raz pierwszy udało się zademonstrować działanie interferometrii atomowej w przestrzeni kosmicznej. Osiągnięcie niemieckich naukowców oznacza, że interferometry atomowe, niezwykle precyzyjne urządzenia pomiarowe, mogą zostać wykorzystane poza Ziemią, np. na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Posłużyć tam mogą chociażby do pomiarów pola grawitacyjnego Ziemi czy wykrywania fal grawitacyjnych. Stworzyliśmy technologiczne podstawy do wykorzystania interferometrii atomowej na pokładzie rakiety meteorologicznej i wykazaliśmy, że prowadzenie tego typu eksperymentów jest możliwe nie tylko na Ziemi ale i w kosmosie, mówi profesor Patrick Windpassinger z Instytutu Fizyki z Uniwersytetu Jana Gutenberga w Moguncji. Prace prowadzili naukowcy z różnych uczelni i instytucji badawczych, a zespołem kierowali specjaliści z Uniwersytetu Hanowerskiego. W styczniu 2017 roku wystrzelili oni misję MAIUS-1. Jest to pierwsza w historii misja, w czasie której kondensat Bosego-Einsteina był generowany w przestrzeni kosmicznej. Ten specjalny stan materii uzyskuje się schładzając atomy – w tym przypadku atomy rubidu – do temperatur bliskich zeru absolutnemu. Ta ultrazimna materia stała się dla nas obiecującym punktem wyjścia do interferometrii atomowej, mówi Windpassinger. Niskie temperatury odgrywają tutaj kluczową rolę, gdyż pozwalają na prowadzenie bardzo precyzyjnych i dłuższych pomiarów. W czasie eksperymentów wykorzystywano laser do odseparowywania od siebie atomów rubidu i tworzenia ich superpozycji. Możliwe było w ten sposób wytworzenie różnych wzorców interferencji pomiędzy atomami, co z kolei można wykorzystać do badania sił wpływających na atomy, w tym do badania grawitacji. Misja MAIUS-1 przyniosła więc potwierdzenie słuszności opracowanej koncepcji oraz jej technicznej wykonalności. To zaś oznacza, że możliwe będzie wykorzystanie interferometru atomowego utworzonego z kondensatu Bosego-Einsteina do prowadzenia różnych badań i pomiarów. W najbliższym czasie niemieccy naukowcy chcą sprawdzić, czy taki interferometr zda egzamin. W roku 2022 wystartuje MAIUS-2, a w roku 2023 – MAIUS-3. Uczeni chcą użyć interferometrów stworzonych nie tylko z atomów rubidu, ale też potasu. Porównując przyspieszenie podczas spadku swobodnego pomiędzy tymi dwoma typami atomów można będzie przetestować Einsteinowską zasadę równoważności z niedostępną dotychczas precyzją. W przyszłości tego typu eksperymenty można będzie prowadzić na satelitach lub Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdzie prawdopodobnie uda się do tego wykorzystać planowane właśnie BECCAL czyli Bose Einstein Condensate and Cold Atom Laboratory. W tym wypadku precyzja pomiarów nie będzie ograniczona krótkim czasem swobodnego spadku rakiety, wyjaśnia doktor Andre Wenzlawski z grupy badawczej Windpassingera. Szczegóły badań opisano na łamach Nature Communications. « powrót do artykułu

Grafen - strukturalną odmianę węgla tworzącą warstwy o grubości zaledwie jednego atomu, odkryto zaledwie sześć lat temu. Od tego czasu zrewolucjonizował on wiele kierunków nauki i techniki i wydaje się być najbardziej obiecującym i uniwersalnym materiałem przyszłości. To z niego tworzą się słynne fulereny, czy węglowe nanorurki. Jak się okazuje, do badań nad jego właściwościami można będzie wykorzystać efekt mory. Prążki mory (moiré) to efekt powstający w wyniku nałożenia na siebie dwóch regularnych wzorów, które są względem siebie przesunięte lub obrócone o niewielki kąt. W naturze możemy go obejrzeć na przykład nakładając na siebie dwa sitka, albo dwie firanki i poruszając nimi - powstaje wtedy trzeci, regularny wzór. Widać ją też na ekranie telewizora, gdy ktoś ma na sobie ubranie w drobną kratkę, albo jodełkę. Mora często jest utrapieniem dla grafików, pojawiając się przy skanowaniu, drukowaniu materiałów, fotografii cyfrowej, czy komputerowej obróbce grafiki. Efekt mory, który jest w zasadzie po prostu zakłóceniem - interferencją, można jednak wykorzystać, przykładowo znając wzór jednej warstwy i analizując wzór tworzony przez morę można wydedukować wzór drugiej warstwy. Tę sztuczkę postanowili wykorzystać w praktyce naukowcy z amerykańskiego Instytutu Technologii stanu Georgia i Narodowego Instytutu Standardów i Technologii. Grafen, który jest płaską, bo o grubości jednego atomu, warstwą węgla, doskonale się do tego nadaje, ponieważ tworzy regularny, sześciokątny wzór. Jeśli nałożymy go na drugą warstwę grafenu, albo innego materiału o regularnej budowie, to każde odkształcenie powierzchni, przesunięcie, przekręcenie czy wygięcie - poskutkuje powstaniem w tym miejscu interferencyjnych prążków mory. Badacze stworzyli w tym celu warstwy grafenu na powierzchni węglika krzemu (inaczej zwanego karborundem). Uzyskano ją przez jednostronne podgrzewanie karborundu: usunęło to krzem i pozostawiło same atomy węgla. Przy wykorzystaniu tunelowego mikroskopu skaningowego można było obserwować nałożone na siebie warstwy grafenu i rejestrować prążki mory powstające przy najmniejszych zmianach zachodzących w obserwowanej strukturze (zobacz ilustrację). Nazwano ten sposób „atomową interferometrią mory". Wykorzystana w badaniu technika pomiarowa jest tak dokładna, że pozwala wykryć odkształcenia rzędu 0,1% w odległościach pomiędzy atomami węgla. Projekt był częścią badań mających na celu dokładne poznanie właściwości grafenu, który w przeciwieństwie do innych materiałów nie rozciąga się, lecz raczej marszczy podczas zmian temperatury. Opracowana „atomowa interferometria mory" pozwoli np. na dokładne analizowanie i śledzenie przebiegu ładunków elektrycznych, czy rozchodzenia się ciepła i stanowić będzie wyśmienite narzędzie podczas prac nad stworzeniem grafenowych układów elektronicznych. Przydatna może być również do wykrywania i badania mikroskopowych naprężeń w innych materiałach. Autorami pracy na ten temat są D. Miller, K. Kubista, G. Rutter, M. Ruan, W. de Heer, P. First oraz J. Stroscio, pracownicy National Institute of Standards and Technology oraz Georgia Institute of Technology.