광격자
Optical lattice역전파 레이저광의 간섭에 의해 광격자가 형성되어 공간적으로 주기적인 편광 패턴을 형성한다.결과적으로 발생하는 주기적 전위는 스타크 시프트를 [1]통해 중성 원자를 가둘 수 있습니다.원자는 냉각되어 전위 극단에 모인다(청색 분리 격자의 경우 최대, 적색 분리 격자의 경우 최소).갇힌 원자의 배열은 결정[2] 격자와 유사하며 양자 시뮬레이션에 사용될 수 있습니다.
광격자에 갇힌 원자는 격자점의 전위 우물 깊이가 [3]전도체의 전자와 유사한 원자의 운동 에너지를 초과하더라도 양자 터널링에 의해 움직일 수 있다.그러나 우물 깊이가 매우 클 때 원자 사이의 상호작용 에너지가 호핑 에너지보다 커지면 초유체-Mott 절연체[4] 전환이 발생할 수 있다.Mott 절연체 단계에서는 원자가 전위 최소치에 갇혀 자유롭게 움직일 수 없으며 이는 절연체 내 전자와 유사합니다.페르미온 원자의 경우 우물 깊이를 더 높이면 원자는 반강자성을 형성할 것으로 예상된다.충분히 낮은 [5]온도에서 Néel 상태.
파라미터
광격자에는 전위 우물 깊이와 주기성이라는 두 가지 중요한 파라미터가 있습니다.
잠재적 깊이 제어
원자가 경험하는 전위는 광격자를 생성하는 데 사용되는 레이저의 강도와 관련이 있습니다.광격자의 전위 깊이는 일반적으로 AOM(음향광변조기)에 의해 제어되는 레이저의 전력을 변경하여 실시간으로 조정할 수 있습니다.AOM은 가변적인 양의 레이저 전력을 광격자로 편향하도록 조정됩니다.광다이오드 신호를 AOM에 피드백함으로써 격자 레이저의 능동적인 전력 안정화를 실현할 수 있다.
주기성 관리
광격자의 주기성은 레이저의 파장을 변경하거나 두 레이저 빔 사이의 상대 각도를 변경하여 조정할 수 있습니다.격자의 주기성에 대한 실시간 제어는 여전히 어려운 작업이다.레이저의 파장은 실시간으로 큰 범위에 걸쳐 쉽게 변화할 수 없기 때문에 일반적으로 레이저 [6]빔 사이의 상대 각도에 따라 격자의 주기성이 제어됩니다.그러나 간섭은 레이저 빔 간의 상대위상에 민감하기 때문에 상대각도를 바꾸면서 격자를 안정적으로 유지하는 것은 어렵다.조정 가능한 범위가 넓은 티타늄 사파이어 레이저는 광학 격자 시스템에서 파장을 직접 조정할 수 있는 플랫폼을 제공합니다.
1차원 광학 격자의 주기성을 지속적으로 제어하면서 포획 원자를 그대로 유지하는 것은 2005년 단축 서보 제어 검류계를 [7]사용하여 처음 입증되었다.이 "아코디언 격자"는 격자 주기성을 1.30 ~ 9.3 μm로 변화시킬 수 있었다.반면 격자 주기성 0.9611.2μm적으로 변했다는 센터 주변보다 적은 2.7μm 이사 최근 들어서, 이 격자 주기성의 실시간 통제의 다른 방법이었다 demonstrated,[8]. 보다 더 철저하게 실험적으로 시험할 수 있는 격자 주기성 변화하는 갇힌 원자(또는 다른 입자들) 합니다..이러한 아코디언 격자는 양자 터널링을 위해 작은 간격이 필수적이며 큰 간격은 단일 사이트 조작과 공간 분해 검출을 가능하게 하는 광학 격자의 초극성 원자를 제어하는데 유용하다.양자가스 현미경에서 [9][10]고터널링 영역 내에서 보손과 페르미온 양쪽 격자 부위의 점유에 대한 현장 분해 검출을 정기적으로 실시한다.
동작[1] 원리
기본 광격자는 2개의 역전파 레이저빔의 간섭 패턴에 의해 형성된다.포집 메커니즘은 스타크 시프트를 통해 이루어지며, 여기서 오프 공진 빛은 원자의 내부 구조로 이동하게 됩니다.스타크 시프트의 효과는 강도에 비례하는 전위를 만드는 것입니다.이것은 옵티컬 다이폴 트랩(ODT)과 같은 트래핑 메커니즘이며, 유일한 큰 차이점은 광 격자의 강도가 표준 ODT보다 훨씬 극적인 공간적 변화를 보인다는 것입니다.
주파수에서 전위의 급격한 시간 변동이 시간 평균화된 2차 시간 독립 섭동 이론에 의해 전자 접지 ( 그에 따라 경험하는 전위로의 에너지 이동은 주어진다.
AC 스타크 효과에 의한 자극 광력의 대체적인 그림은 프로세스를 자극 라만 프로세스로 보는 것입니다.여기서 원자는 격자를 형성하는 역전파 레이저 빔 사이에 광자를 재분배합니다. 그림에서 원자는 ± (\ 2k단위로 격자로부터만 운동량을 얻을 수 있는 것이 보다 명확하다. 여기서 \ k는 1개의 레이저 광자의 운동량이다.
기술적인[1] 과제
광학 쌍극자 트랩에서 원자가 경험하는 트랩 전위는 약하며, 일반적으로 1mK 미만입니다.따라서 원자는 광학 격자에 로딩하기 전에 상당히 냉각되어야 합니다.이를 위해 사용되는 냉각 기술에는 자기광학 트랩, 도플러 냉각, 편파 구배 냉각, 라만 냉각, 해결된 사이드밴드 냉각 및 증발 냉각이 포함됩니다.
일단 차가운 원자가 광학 격자에 적재되면, 그들은 광학 격자 레이저에서 나오는 광자의 자발적 산란과 같은 다양한 메커니즘에 의해 가열될 것이다.이러한 메커니즘은 일반적으로 광학 격자 실험의 수명을 제한합니다.
광학 격자의 원자 연구
일단 냉각되고 광학 격자에 갇히면, 그것들은 조작되거나 진화를 위해 남겨질 수 있습니다.일반적인 조작에는 역전파 빔 사이의 상대 위상 또는 격자의 진폭 변조를 변화시킴으로써 광학 격자의 "흔들림"이 포함된다.격자 퍼텐셜과 조작에 따라 진화된 후 흡수 이미징을 통해 원자를 촬영할 수 있다.
일반적인 관찰 기법은 비행 시간 이미징(TOF)입니다.TOF 이미징은 먼저 원자가 격자 전위로 진화할 때까지 일정 시간 기다렸다가 격자 전위를 끄는 방식으로 작동합니다(AOM으로 레이저 전원을 끄면).이제 자유로워진 원자들은 모멘타에 따라 다른 속도로 퍼져 나간다.원자가 진화할 수 있는 시간을 조절함으로써, 원자가 이동한 거리는 격자가 꺼졌을 때 운동량 상태가 어떠했는지를 매핑합니다.격자 내의 원자는 ± 2 k만 운동량이 변화하기 때문에 광격자 시스템의 TOF 이미지에서 특징적인 패턴은 모멘타± \ 2n k의 격자 축을 따른 일련의 피크가 됩니다.서 n \inbbbbbbb}은 \mathbbb이다.이미징, 격자 내 원자의 운동량 분포를 결정할 수 있다.현장 흡수 이미지(격자가 켜진 상태에서 촬영)와 결합하면, 이는 포착된 원자의 위상 공간 밀도를 결정하기에 충분하다. 이는 보스-아인슈타인 응축(또는 더 일반적으로 물질의 양자 퇴화 위상 형성)을 진단하기 위한 중요한 지표이다.
사용하다
양자 시뮬레이션
광학 격자의 원자는 모든 매개변수를 제어할 수 있는 이상적인 양자 시스템을 제공합니다.원자는 직접 촬영할 수 있기 때문에 – 고체의 전자와 함께 하기 어려운 – 그것들은 실제 결정에서 관찰하기 어려운 효과를 연구하는데 사용될 수 있다.갇힌 원자 광학격자 시스템에 적용된 양자 가스 현미경 기술은 심지어 그 [11]진화의 단일 사이트 이미징 해상도를 제공할 수 있다.
다양한 형상의 빔 수를 간섭함으로써 다양한 격자 형상을 만들 수 있다.이는 2개의 역전파 빔이 1차원 격자를 형성하는 가장 단순한 경우에서 육각형 격자와 같은 보다 복잡한 기하학까지 다양합니다.광격자 시스템에서 생성될 수 있는 다양한 기하학적 구조는 보스-허바드 모델,[4] 카고메 격자와 삭데브-예-키타예프 모델,[12] 오브리-안드레 모델과 같은 다양한 해밀턴의 물리적 실현을 가능하게 한다.이러한 해밀턴의 영향 아래 원자의 진화를 연구함으로써 해밀턴의 해법에 대한 통찰력을 얻을 수 있다.이것은 특히 강한 상관관계에 있는 시스템의 경우와 같이 이론적인 기법이나 수치적인 기법을 사용하여 쉽게 용해되지 않는 복잡한 해밀턴 어족과 관련이 있다.
광시계
세계 최고의 원자 시계는 도플러 효과와 [13][14]반동의 영향을 받지 않는 좁은 스펙트럼 라인을 얻기 위해 광학 격자에 갇힌 원자를 사용합니다.
양자 정보
원자 간섭계
흔들린 광학 격자는 격자의 위상이 변조되어 격자 패턴이 앞뒤로 스캔되는 경우 격자에 갇힌 원자의 운동량 상태를 제어하기 위해 사용할 수 있습니다.이 제어는 원자를 다른 모멘타의 모집단으로 분할하고 모집단 간의 위상차를 축적하기 위해 전파하고 간섭 [17]패턴을 생성하기 위해 재결합하기 위해 실행된다.
기타 용도
차가운 원자를 포획하는 것 외에도 광격자는 격자와 광결정체를 만드는데 널리 사용되어 왔다.또한 미세한 [18]입자를 분류하는 데도 유용하며 셀 어레이를 조립하는 데도 유용할 수 있습니다.
「 」를 참조해 주세요.
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