تغيرت العديد من التقنيات كثيرًا منذ اختراعها. تم تحسينها من خلال الدراسات والاكتشافات المختلفة ، والتي وجد كل منها طرقًا جديدة لتنفيذها ، سواء كانت مواد أو نماذج نظام أو خوارزميات جديدة. بصريا ، واحدة من أكثر الأمثلة المدهشة هي أجهزة الحوسبة. بمجرد أن احتلوا غرفًا كاملة ووزنوا عدة أطنان ، والآن كل واحد منا يمتلك هاتفًا محمولًا ، تبلغ سعته عدة أضعاف سعة أجهزة الكمبيوتر الكبيرة. لكن عملية تصغير الأجهزة ومكوناتها بعيدة عن الاكتمال ، لأنه طالما كان هناك الكثير لتخفيضه ، سيبتكر العلماء طرقًا جديدة لتحقيق ذلك. سنتحدث اليوم عن دراسة قد تؤثر فقط بشكل كبير على عملية التصغير ، أو بالأحرى ، حول التأكيد التجريبي لنظرية الإلكترونات أحادية البعد ، والتي يبلغ عمرها بالفعل 56 عامًا تقريبًا. دعنا نذهب.
خلفية الدراسةفي عام 1950 ، اقترح الفيزيائي الياباني Shinichiro Tomonaga نموذجًا نظريًا جديدًا في ذلك الوقت ، والذي يصف تفاعل الإلكترونات في موصل أحادي البعد. علاوة على ذلك ، في عام 1963 ، أجرى جواكين لوتنجر بعض التصحيحات على النظرية. والحقيقة هي أنه نظريًا ، في ظل قيود معينة ، يمكن وصف التفاعل من الدرجة الثانية بين الإلكترونات على أنه تفاعلات بناءة. قام Luttinger بتغيير النظرية ، بالنظر إلى موجات Bloch. أظهر هذا أن القيود التي أدخلها Tomonaga ليست هناك حاجة لتنفيذ النموذج.
سينيشيرو توموناجا (1953)في صميمه ، هذا النموذج هو وصف لسلوك الإلكترونات باستخدام جزيئين شبه. تختلف عن بعضها البعض في أن الأول لديه دوران صفر وشحنة ، مثل الإلكترون ، والثاني لديه شحنة 0 ، لكن الدوران هو 1. علاوة على ذلك ، تتحرك الجسيمات شبه بسرعات مختلفة. يقال أيضًا نظريًا أن العمل على شحنة واحدة أو دوران إلكترون يمكن أن يسبب تفاعل جميع الإلكترونات.
اختبار هذه النظرية تجريبيا أمر صعب للغاية ، لأن العلماء لم يتمكنوا بعد من السيطرة الكاملة على تفاعل الإلكترونات. ومع ذلك ، في هذه الدراسة ، وجدوا طريقة للخروج من مأزقهم باستخدام الذرات الباردة.
كشف أليكسي أكيموف في الفيديو أعلاه عن جوهر الذرات الباردة.في هذه الدراسة ، تم إنشاء نموذج غاز فيرمي من fermionic
6 Li ، حيث يمكن التلاعب به بسهولة في تفاعلاته الموجة البغيضة. من أجل تغيير المعلمة اللازمة - العامل الهيكلي الديناميكي
S (q ، ω ) لتذبذبات الكثافة ("الشحنة") - تم استخدام التحليل الطيفي Bragg.
لا ينكر الباحثون استخدام طريقة قياس مماثلة من قبل ، لكن طريقتهم بها عدد من الميزات المهمة. أولاً ، تم "حبس" الذرات في مصيدة بصرية ، تتكون من ثلاث أشعة ليزر تحت الحمراء متعامدة بشكل متبادل ، يمر كل منها من خلال
عاكس عاكس * ، بينما تم استقطاب كل شعاع منعكس 90 درجة من أجل تشكيل مصيدة دون صريف.
Retroreflector * - جهاز لعكس الحزمة إلى مصدرها مع الحد الأدنى من التشتت.
مثال عاكس عاكس
بعد ذلك ، تم قياس عدد الذرات - 1.4 × 10
5 ، وكذلك درجة حرارتها - 0.05 T
F. في هذه الحالة بالذات ، T
F هي درجة حرارة فيرمي لكل حالة دوران ، مع الأخذ في الاعتبار أنه لا توجد تفاعلات.
علاوة على ذلك ، تم زيادة عمق المصيدة ، وتم تدوير استقطاب الأشعة المنعكسة لتشكيل شبكة ثلاثية الأبعاد بعمق VL = 7 E
r ، حيث
Er = h
2 / (2mλ
2 ) هي طاقة الارتداد ؛
ح هو ثابت بلانك * ؛
م هي الكتلة الذرية
λ = 1،064 نانومتر هو الطول الموجي للضوء.
من أجل تحقيق عمق الشبكة المطلوب (2.5 E
r ) ، تم تعديل طول الانتثار. لتعويض القشرة المحيطة بأشعة تحت الحمراء ، تم تطبيق شعاع إضافي غير عاكس 532 نانومتر على طول كل محور ، والذي خضع
لتفجير أزرق * .
التفجير بالليزر * - ضبط الحزمة على تردد مختلف عن رنين النظام الكمي. ويسمى ضبط الليزر على تردد أعلى من الرنين بتفجير اللون الأزرق .
بعد ذلك ، تم إيقاف تشغيل شعاع التعويض تدريجيًا ، وكذلك شعاع الأشعة تحت الحمراء الرأسي. وبالتوازي مع ذلك ، زادت كثافة الاثنين المتبقيين لتشكيل شبكة شعرية ثنائية الأبعاد بالفعل (15
ص ). ونتيجة لذلك ، خلقت الشبكة ثنائية الأبعاد مجموعة من الأنابيب أحادية البعد المعزولة عمليًا. يمكن وصفها باستخدام معلمتين: الاهتزاز التوافقي المحوري - ωz = (2π) 1.3 كيلو هرتز والاهتزاز التوافقي الشعاعي - ω⊥ = (2π) 198 كيلو هرتز.
أدى تنفيذ هذه التلاعبات إلى انخفاض العدد الإجمالي للذرات في التجربة إلى N = 1.1 × 10
5 .
يتضمن التحليل الطيفي Bragg شعاعين من الليزر مع المتجهات k
1 و k
2 ، بالإضافة إلى فرق التردد ω. تمر الأشعة بزاوية θ بالنسبة لبعضها البعض وتتقاطع الذرات بشكل متناظر فيما يتعلق بالخط العمودي على محور الأنبوب (ض). يؤدي هذان الأشعةان إلى تحوُّل ثنائي الفوتون محفز ، مما يثير "تراكب" الحالة الأرضية للنظام الكمي على إثارة التردد frequency والمكون z للنبضة q = | k
1 - k
2 | = 2k sin (θ / 2) ، حيث k = | k
1 | = | k
2 |.
تم ضبط الزاوية بين الأشعة على θ / 2 ～ 4.5 درجة ، مما يؤدي إلى q / k
F ≃ 0.2 للأنبوب المركزي مع عدد الذرات N
m = 60.
كما أصبح واضحًا بالفعل ، فإن الزاوية بين أشعة الليزر تحدد الأس q ، الذي يجب أن يكون أقل من زخم Fermi. المزيد عن هذا في وقت لاحق.
الصورة رقم 1تعمل أشعة براج على 300 ميكروثانية ، وهو ما يقل مرتين تقريبًا عن الفترة المحورية ، ولكن أكثر مقارنة بـ ω
-1 . فارق بسيط مهم ، لأن هذا يبسط التحليل ويقلل من توسيع وقت النبض.
بمجرد أن تعمل حزمة Bragg على عينة الاختبار ، يتم إيقاف أشعة المصيدة الضوئية. بعد 150 ميكروثانية باستخدام صور الفحص المجهري الطور. تتكرر التجربة ، ولكن بدون تأثير أشعة براج ، للحصول على صورة "مرجعية".
تُظهر الصورة "
أ" و "
ب " كثافة عمود النسخة التجريبية و "المرجع" على التوالي. على - فرق بينهما.
د هو رسم بياني لنسبة المؤشرات الثلاثة السابقة: أ ، ب ، ج.
يشير الباحثون إلى أن إشارة Bragg كانت في وضع الاستجابة الخطية بسبب التغيرات في شدة شعاعها بسبب التغيرات في مدة التعرض. في هذا الوضع ، يعتمد تكرار انتقالات Bragg المحسنة بشكل تربيعي على شدة إشعاع الليزر.
الصورة رقم 2كما يتبين من الرسم البياني أعلاه ، عندما تكون شدة الإشعاع أقل من 55 ميجاوات / سم
2 ، يكون نقل النبض في وضع الاستجابة الخطية في النطاق الكامل لقوة التفاعل المتاحة في التجربة.
الصورة رقم 3يوضح الرسم البياني أعلاه نسبة إشارة Bragg إلى التردد ، حيث تقابل كل نقطة 20-30 محاولة تجريبية لكل قيمة ω وثابت q.
الصورة رقم 4يوضح الرسم البياني أعلاه نتائج قياس قيمة ω. مع زيادة قوة التفاعل إلى 400a
0 ، تزداد قيمة التردد أيضًا. مع زيادة إضافية تزيد عن 400 ، لوحظ تسخين وفقدان الذرات ، والذي يرجع على الأرجح إلى إعادة التركيب المكونة من ثلاثة مكونات بسبب الفرع العلوي غير المستقر أثناء الانتقال من شبكة ثلاثية الأبعاد إلى شبكة ثنائية الأبعاد.
لمزيد من القياسات ، تقرر حساب العامل الإنشائي عند درجة حرارة 200 nK ومقارنة هذه النتائج مع النتائج السابقة في التجربة. في هذا الحساب ، المعلمة الوحيدة التي يمكن معالجتها هي تحفيز الإثارة. تظهر قيم الإثارة القصوى في الرسم البياني 4 كنقاط حمراء. لكن الخط المتقطع يظهر النتائج النظرية. من الواضح أن النتائج النظرية التجريبية تتطابق عمليًا. هذه النتائج هي أول دليل على عرض تجريبي للتغيرات في معدل الإثارة الجماعية في غاز فيرمي أحادي البعد استجابة للتفاعل.
للتعرف على تفاصيل هذه الدراسة ، أوصيك بشدة أن تنظر
هنا (تقرير العلماء) .
الخاتمةتمكن العلماء من قياس الاستجابة الديناميكية بنجاح داخل نظام فيرميوني ثنائي الأبعاد أحادي البعد باستخدام التحليل الطيفي Bragg. كانت هذه التجربة قادرة عمليًا على تأكيد حقيقة نظرية Tomonaga-Luttinger.
العلماء على يقين من أن القدرة على التعامل مع قوة التفاعل من خلال رنين Feshbach سيفتح الباب أمام البحوث المستقبلية التي يمكن أن تعبر الحدود الموصوفة في نظرية Tomonaga-Luttinger.
من الصعب للغاية وصف هذا العمل بسهولة ، لأنه ينطوي على العديد من المشاكل في التجربة وقياسات نتائجها. ومع ذلك ، فإن الرغبة في تعلم شيء جديد ، بالإضافة إلى أهمية شيء جديد لتطوير المجال التكنولوجي للأرض ، أمر لا يمكن مقاومته. إذا كنت على دراية بمثل هذه الدراسات ، فأنت تفهم مدى تعقيد العالم المحيط بنا. لعدة قرون كنا نحاول فهمها وتبسيطها وإخضاعها ، ولكن مع كل اكتشاف جديد ، تظهر مجموعة من الأسئلة الجديدة التي تعقد ما يفترض أننا قمنا بتبسيطه.
شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ هل تريد رؤية مواد أكثر إثارة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ،
خصم 30 ٪ لمستخدمي Habr على نظير فريد من خوادم مستوى الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 نوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر الخيارات مع RAID1 و RAID10 ، حتى 24 مركزًا وحتى 40 جيجابايت DDR4).
VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 نوى) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps حتى ديسمبر مجانًا عند الدفع لمدة ستة أشهر ، يمكنك الطلب
هنا .
ديل R730xd أرخص مرتين؟ فقط لدينا
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة! اقرأ عن
كيفية بناء مبنى البنية التحتية الطبقة باستخدام خوادم Dell R730xd E5-2650 v4 بتكلفة 9000 يورو مقابل سنت واحد؟