Большими возможностями для изучения наносред обладают следующие направления в области измерений: лазерная и квантовая интерферометрия [17], спектроскопия светорассеяния газов и жидкостей [18].
Примером внедрения новых измерительных технологий является создание нанолазера. Американские ученые создали источник лазерного излучения, размеры которого в несколько раз меньше длины волны излучаемого им света!
Разработка ляжет в основу нового класса устройств - от оптических микроскопов высокого разрешения до фотонных персональных компьютеров. Размер излучающего тела в новом лазере составляет 44 нанометра. Это позволит встраивать его в наноразмерные оптические схемы, управляющее поведением световых волн подобно тому, как современные микропроцессоры н микросхемы управляют электронами.
В новом нанолазере для возбуждения лазерного излучения вместо световых волн используются так называемые поверхностные плазмоны. Новый тип источников света получил название "спазер" (spaser). Caм лазер представляет собой сферическую наночастицу золота [19].
Одним из основных методов измерения на наноуровне является метод селективного воздействия лазерным излучением на атомном уровне - резонансная многоступенчатая ионизация, которая позволяет как разделять атомы различного сорта, в том числе изотопы, так и детектировать их [20].
Что касается нового современного направления научных исследований - квантовой оптики, то уже в самом названии отражена размерная характеристика для области измерений - область микро- и нанопрстранств.
На протяжении последнего столетия световые интерферометры стали наиболее точными измерительными устройствами, которые находят применение как в фундаментальных исследованиях, так и в многочисленных практических приложениях. В то же время, первоначальная идея Л. де Бройля и Э. Шредингера о том, что движущиеся частицы являются волнами, привела к созданию интерферометров для электронов, нейтронов, а в последнее десятилетие XX века в связи с развитием методов лазерного охлаждения и пленения атомов - и к атомной интерферометрии.
По сравнению с электронными и нейтронными собратьями атомные интерферометры обладают рядом преимуществ. Как внутренние, так и внешние степени свободы атома могут эффективно управляться лазерным излучением, а частота и длина волны лазерного излучения ныне измеряются с очень высокой точностью, соответственно ~ 10-15 Гц и 10-10 м, что предопределяет более высокую точность результатов измерений с помощью атомных интерферометров, чем с электронными или нейтронными.
Атомную интерферометрию можно определить как искусство когерентного управления трансляционным движением атомов. Схема атомного интерферометра на основе лазерных импульсов наиболее распространена сегодня. Следует отметить, что столь "простое" управление атомом стало возможным только после развития методов лазерного охлаждения и пленения атомов.
Возможности атомных интерферометров открывают огромные возможности в проведении проверочных тестов для фундаментальных законов физики. Проверка гипотезы об электрической нейтральности атома (равенство зарядов электрона и протона и отсутствии заряда у нейтрона) играет существенную роль в фундаментальной теории частиц.
Одним из наиболее точных видов измерений, выполненных с помощью атомной интерферометрии, стало определение отношения двух физических констант - постоянной Планка и массы ( h / m ).
Уже появились обнадеживающие результаты экспериментальных устройств, реализующих функции атомных интерферометров. Так физикам из Австрии экспериментально удалось использовать один атом в качестве зеркала интерферометра [21].
В обычных условиях, атом вещества может отразить менее одного процента падающего на него света. Для обнаружения отраженного света ученые специально изготовили уникальный интерферометр Фабри-Перо (рис.1).
Рис.1
Луч лазера по световоду попадает в расширитель, проходит сквозь частично прозрачное зеркало интерферометра, фокусируется линзой на ион бария. Луч второго лазера, направленный ортогонально, используется для резонансного "пленения" атома в пространстве. Прошедшее через атом, как через второе зеркало, излучение собиралось обьективом и направлялось на регистрацию.
Отражающая эффективность атомного зеркала составляла величину порядка 90%.
Это сложный по устройству интерферометр, однако, следует заметить, что и первые лазеры не были простыми устройствами. Авторы данной статьи знают это не понаслышке. Главное здесь, как и во всяком новом в новом деле - протоптать первую дорожку...
