Российские ученые разработали первый отечественный чип на холодных атомах

Первое назначение новинки – использование в перспективных высокоточных атомных часах, предназначенных для навигации космических аппаратов и российской орбитальной станции. Разработка отечественного атомного чипа – совместный проект трех крупных научных структур: Института спектроскопии Российской академии наук, Московского физико-технического института и НИУ ВШЭ.

Атомный чип включает в себя кремниевую пластину с микропроводами. Когда через провода пропускается электрический ток вокруг чипа образуются магнитные поля. Поля взаимодействуют друг с другом, в результате этого в определенной точке возникает минимум магнитного поля. Атомы стремятся к областям минимума, и в таких магнитных ловушках их захватывают для проведения научной работы.

Для создания этой самой магнитной ловушки нужно добиться снижения температуры – для этого используется специальная конфигурация лазерных полей вблизи чипа. Приводится информация, что нашим исследователям удалось охладить атомы рубидия до температуры порядка 200 мкК (около минус 273 градусов Цельсия). Для усиления прочности и защиты микропроводов их сделали из драгоценных металлов (серебро, золото) толщиной несколько микрометров. Созданная конструкция позволяет работать с током силой 10А.

Устройство работы атомных часов заключается в том, что генератор частоты должен постоянно поддерживать эталонную частоту (ее значение связано с атомным переходом рубидия под воздействием микроволнового излучения). Спектры возбуждения атомов помогают понять, как взаимодействует электромагнитное излучение с атомами. Чем ниже температура атомов, тем более узкие спектральные линии получаются и тем точнее их можно измерить: то есть тем точнее будут новые атомные часы.

Интересно, что до нынешнего времени рабочих атомных часов в России не было, хотя еще в 1970-х годах было доказано, что атомарные газы можно эффективно охлаждать лазерным излучением. Тогда же был проведен первый в мире такой эксперимент.

Как поясняют разработчики, новый атомный чип дополнительно можно будет использовать как сложное отдельное устройство для измерения гравитационных волн. Уже рассматриваются проекты размещения новых атомных систем на чипе на борту российских орбитальных космических аппаратов, где атомы будут использоваться для детектирования прохождения гравитационных волн через систему разнесенных в пространстве спутников. По картине интерференции можно будет изучать не только гравитационные волны, но и взаимодействие с темной энергией.