Vědci poprvé zachytili zvuk atomu

Umělý atom je přitom v zásadě jen funkční napodobeninou atomu skutečného. Zpravidla jde o mnohem větší objekt, který je schopen podobného chování při pohlcování a vyzařování různých forem energie jako atom skutečný. Může měnit své vnitřní energetické stavy, doprovázené změnou konfigurace elektronů, a pohlcovat nebo naopak vyzařovat dobře definované dávky energie, ať už ve formě světelného záření nebo mechanických vibrací - tedy zvuku. Častým případem umělých atomů jsou například tzv. kvantové tečky - soubory desetitisíců až milionů identických atomů, které se chovají stejným způsobem. Při některých energetických výměnách se pak dá z chování těchto kvantových teček rámcově zjistit chování či strukturální změny jednotlivých atomů či molekul.

Pokud jde o zvuk, který se šíří v nanoskopických rozměrech, má za této konfigurace a v tomto prostředí kvantovou povahu a jeho šíření odpovídá podmínkám či rovnicím kvantové teorie. Znamená to, že v podobných experimentech nelze nalézt přesnou dělící čáru mezi vlnami a částicemi. Zvuk zde má prostě podobnou kvantově-duální podobu jako světlo a během experimentů se zvuk někdy projevuje spíše jako oddělená kvanta energie čili analogie částic (tzv. kvazičástice). Kvantům zvuku se říká fonony a nejsou to vlastně samostatné částice, protože se vyskytují pouze v látkovém prostředí jako jeho energetické vibrační excitace.

Vědcům se podařilo spárovat sadu povrchem se šířících kvant zvuku s umělým atomem a zachytit je pomocí systému ultramalých kovových pásků|foto: Martin Gustafsson, Maria Ekström

Vědcům v čele s Martinem Gustafssonem se podařilo spárovat sadu povrchem se šířících kvant zvuku, tedy povrchových fononů, s daným umělým atomem, a zachytit je pomocí systému ultramalých kovových pásků. Tak vytvořili vzor vibračního nanosystému, v němž dochází k předávání a skladování energie a informace ve formě elementárních kvant zvuku, tedy fononů (místo obvyklých elektronů nebo fotonů). V určitých aplikacích bude práce s nanomechanickými systémy tohoto typu snadnější, protože kvanta zvuku se pohybují asi 100tisíckrát pomaleji než kvanta světla - fotony.

Vědcům se podařilo spárovat sadu povrchem se šířících kvant zvuku s umělým atomem a zachytit je pomocí systému ultramalých kovových pásků|foto: Martin Gustafsson, Maria Ekström

V jistém smyslu zde navíc měřící aparatura “uslyšela” prakticky nejslabší možný zvuk, který může existovat. Supravodivý umělý atom o průměru asi jedné setiny milimetru vyprodukoval lidským uchem neslyšitelný zvuk o frekvenci 4,8 gigahertz. Tento tón se hudebně vzato nachází 20 oktáv nad nejvyšší klávesou klavíru.

Zdroje: Science News, Science, IFL Science, Phys.Org, Nanowerk, Umělý atom (Wikipedia)