La localización de átomos se ocupa de estimar la posición de un átomo utilizando técnicas de óptica cuántica con una precisión cada vez mayor. Este campo tiene su origen en el experimento mental de Werner Heisenberg llamado microscopio de Heisenberg , [1] que se utiliza habitualmente como ilustración de la relación de incertidumbre de Heisenberg en los libros de texto de mecánica cuántica. [2] Las técnicas han madurado lo suficiente como para ofrecer la localización de átomos a lo largo de las tres dimensiones espaciales en el dominio de sublongitud de onda. Las técnicas de localización de átomos se han aplicado a otros campos que requieren un control o una medición precisos de la posición de entidades similares a átomos, como la microscopía , la nanolitografía , el atrapamiento óptico de átomos , las redes ópticas y la óptica atómica . La localización de átomos se basa en el empleo de la coherencia atómica para determinar la posición del átomo con una precisión menor que la longitud de onda de la luz que se utiliza. Esto aparentemente supera el límite de resolución de Rayleigh y abre posibilidades de superresolución para una variedad de campos. [3]
Dado que en la discusión del microscopio de Heisenberg , el límite de resolución de Rayleigh y la incertidumbre de Heisenberg están intrincadamente relacionados, crea la impresión de que superar el límite de Rayleigh conduciría a la violación del límite de incertidumbre de Heisenberg. Se puede demostrar matemáticamente que la resolución espacial se puede mejorar a cualquier cantidad sin violar la relación de incertidumbre de Heisenberg. [4] El precio a pagar es el impulso que recibe la partícula cuya posición se está midiendo. Esto se representa en la figura de la derecha.
La localización de un átomo en una dirección transversal a su dirección de movimiento se puede lograr fácilmente utilizando técnicas tales como efectos de interferencia cuántica , captura de población coherente , [5] a través de la modificación de espectros atómicos como a través de espectroscopia de Autler-Towns , fluorescencia de resonancia , interferometría de Ramsey , y a través del monitoreo de la susceptibilidad de la sonda a través de transparencia inducida electromagnéticamente , cuando el átomo está interactuando con al menos un campo de onda estacionaria espacialmente dependiente .
El estudio de la localización de átomos ha ofrecido aplicaciones prácticas en el área de la nanolitografía en el límite de Heisenberg [6] junto con su importancia fundamental para las áreas de óptica atómica [ 7] y enfriamiento y atrapamiento láser de átomos neutros. [8] Extendiendo los esquemas de localización de átomos a dos dimensiones, se pueden obtener redes ópticas con un confinamiento más estricto de lo habitual en cada punto de la red. Tales estructuras de red fuertemente confinadas podrían ser útiles para estudiar varias predicciones de la teoría de Bloch de sólidos y transiciones de Mott en sistemas mucho más limpios en comparación con los sólidos convencionales. Tales potenciales de atrapamiento más estrictos podrían tener más aplicaciones en el área de información cuántica específicamente para el desarrollo de fuentes deterministas de átomos individuales y registro cuántico de átomos individuales. Las técnicas de localización de átomos también son importantes para la microscopía de sublongitud de onda [9] y la obtención de imágenes y determinación de la función de onda del centro de masa de entidades similares a átomos. [10] [11] [12]