فصل الربيع على قدم وساق ، والثلوج الأخير قد ذاب في كل مكان تقريبًا ، وساد الدفء الذي طال انتظاره. بدأ الأشخاص المحبون للحرارة أخيرًا في خلع كنزاتهم والأوشحة والقبعات المحبوكة ، وبدأت حيوانات الفظ على قدم وساق في القمصان والقمصان. في هذه الأثناء ، يسود برد الكلب في أحد مختبرات جامعة فيينا ، والعلماء سعداء للغاية بهذا ، لأنه من الصعب للغاية دراسة الآثار الكمية للجسيمات النانوية بطريقة مختلفة. إذا بدون الثورات الأدبية ، فسوف نتعرف اليوم على الاختبار العملي لطريقة جديدة لتبريد جسيمات متناهية الصغر عن طريق فخ من مرنان بصري. لماذا وكيف قام العلماء بتجميد الجسيمات النانوية إلى الصفر المطلق تقريبًا ، وما مدى فاعلية هذه الطريقة ، وما الذي يمكن أن تجلبه لدراسة التأثيرات الكمومية؟ سوف نجد إجابات لهذه الأسئلة وغيرها في تقرير مجموعة الأبحاث. دعنا نذهب.
أساس التجربة
يعتبر التقاط الجسيمات بالليزر وتبريده أحد الأدوات الشائعة للغاية في الفيزياء الذرية ، كما يقول العلماء أنفسهم ، ومن الصعب الاختلاف معهم. إذا أهملنا جميع التركيبات المعقدة فائقة المخادع والتي سيبدأ منها الشعر حتى إذا لم يكن موجودًا ، فيمكن وصف العملية برمتها على النحو التالي: يمكن تبريد محرك ذرة أو جزيء بسبب الرفض التام لامتصاص فوتونات ليزر مقلوبة دوبلر وما تلاها من عفوي الإشعاع. ولكن هذه العملية تعتمد على الهيكل الداخلي للجسيمات المبردة. يمكن تجنب هذا الاعتماد من خلال الجمع بين حركة الجسيمات وحقل المرنان البصري ، مما ينتج عنه نظام تبريد جديد.
كانت طريقة تبريد المرنان ذات أهمية كبيرة في دوائر البحث عن طريق الانتثار المتماسك لمجال المصيدة البصرية. في مثل هذه الحالة ، ينتج ثنائي القطب الخاضع للرقابة نثرًا متسقًا مع مجال الإثارة. يوفر انتثار الفوتونات في مرنان بصري فارغ في البداية طريقة تبريد جديدة. إذا قمت بتطبيق عملية إزالة الليزر الصحيحة لحقل الإثارة من المرنان ، فيمكنك حينئذٍ تعزيز عملية الانتثار بشكل رنان ، مما يؤدي بدوره إلى التخلص من الطاقة الناتجة عن حركة الجزيئات. إنها إزالة هذه الطاقة التي يتم تبريدها.
الصورة رقم 1: خياران للتبريد الرنان لجسيم الروافع.يوضح الشكل
1 أ أن تبريد الرنين من خلال الانتثار المتماسك من الفخاخ الضوئية (أحيانًا "الملقط") يعتمد على الإشعاع ثنائي القطب المنبعث في مرنان بصري فارغ.
الصورة
1 ب - في الميكانيكا البصرية التشتت القياسية ، يتحكم الليزر الخارجي في كل من المرنان والانتثار. التبريد الأمثل هو ممكن مع التدرج كثافة أكبر من وضع تجويف.
في عملهم ، أظهر العلماء التنفيذ العملي للتبريد الرنان لجسيمات متناهية الصغر عن طريق الانتثار المترابط. في الوقت نفسه ، تمكن العلماء من تنفيذ هذه العملية في ثلاثة اتجاهات للحركة الحرارية ، بينما سبق أن أجريت هذه التجارب بنجاح في اتجاه واحد وفقط مع الذرات.
قاعدة نظرية
الذي يحب الصيغ الجميلة التي تشبه الدانتيل الجدة ، والآن سوف ننظر في بعض هذه.
الصورة رقم 2: مخطط التبريد الرنان عن طريق الانتثار المتماسك.يتكون الفخ البصري بواسطة ليزر بتردد
ω tω ، والذي يركز عليه هدف المجهر (
OM ) في غرفة مفرغة (مفرغة). ترفع الجسيمات النانوية في وسط مرنان Fabry - Perot. يتم استخراج شعاع منع ضعيف من ليزر الملاءمة ويتحكم مرنان في مرنان بصري على التردد
ω 2 ، مما
يجعل من الممكن تثبيت ثابت
ω tω و
ω 2 بالنسبة إلى تردد مرنان مرئي. PBS في الصورة أعلاه هو الفاصل في حزمة الاستقطاب ، و
ω het هو تردد إزالة التشكيل المتغاير.
الآن ، فكر في جسيمات متناهية الصغر تم التقاطها بواسطة ملاقط الليزر مع أعناق الحزمة (W
x ؛ ص ، أضيق جزء من حزمة الليزر) داخل تجويف بصري فارغ مع حجم V من حجم الوضع (
cav mouth mouth w
0 ) وفي الموضع x
0 على طول محور المرنان (الصورة رقم 2) ).
في هذه الحالة ، يمكن وصف التفاعل بين ثنائي القطب المستحث والحقل الكهربائي الداخلي (المحلي) على أنه هاميلتون التالي:
أسطورة:
E
tw و E
cav هما
المجالان الكهربائيان
للملاقط وأنماط الرنان ؛
ω
tw - ملاقط التردد.
av cav هو تردد الرنان ؛
the هو استقطاب الجزيئات ؛
مشغلي مجال الرنان
⍷
0 هو الثابت الكهربائي ؛
ج هي سرعة الضوء ؛
k هو رقم الموجة ؛
zR - طول رايلي.
عندما يقترب تردد الملقط من رنين المرنان البصري ، يمكن لكثافة وضع الرنان أن تغير الطيف الإشعاعي للثنائي القطب ، مما يؤدي إلى انتثار متماسك متضخّم.
هذا التشتت له العديد من الميزات المميزة. أولاً ، نظرًا لتوجيه إشعاع ثنائي القطب المتناثر ، تعتمد قوة التفاعل اعتمادًا كبيرًا على استقطاب ليزر الملاءمة. ثانياً ، سيتم تعزيز هذا التفاعل بالتوازي مع شدة المجال لكل من المصيدة البصرية والمرنان. ثالثًا ، التفاعل في المجال الكهربائي للمرنان خطي.
التنفيذ العملي
كما نرى من المخطط في الصورة رقم 2 ، يوجد هدف المجهر ومرنان Fabry - Perot داخل الغرفة المفرغة. تركز العدسة على ليزر 1064 نانومتر على رقبة W
x 0.67 ميكرون و W
y 0.77 ميكرون ، وتشكل ملاقط بصرية تلتقط كرة نانوية كوارتز يبلغ قطرها 71.5 نانومتر. المصيدة إهليلجية في المستوى العرضي بترددات ميكانيكية غير منحلة (Ωx، Ωy، Ωz) / 2Π = (190، 170، 38) kHz. يتم تثبيت العدسة نفسها على nanopositioner ثلاثة محاور في زيادات من 8 نانومتر. للتحكم في الانفصال بين ترددات الليزر
والمرنان ، يتم تبديل جزء من الضوء في التردد ω
2 = ω
cav -FSR-Δ ويضخ
المرنان الضوئي بشكل ضعيف. يوفر هذا إشارة إغلاق تسمح لمصدر الليزر للملاقط البصرية باتباع تجويف Fabry-Perot الانجراف الحر.
يحتوي الإعداد التجريبي على 4 قنوات للكشف / الكشف (I-IV). الكشف المباشر عن حركة الجسيمات في جميع الاتجاهات الثلاثة (I) التي تم الحصول عليها عن طريق تناثر الملقط البصرية. الكشف المتجانس عن انتقال ليزر التثبيت في التجويف (II) ، والذي يسمح بالكشف الميكانيكي للموضع على طول محور التجويف. هذا ضروري لمحاذاة الجسيمات بالنسبة لحقل التجويف دون الحاجة إلى الاعتماد على ضوء مبعثر متماسك. تم قياس قوة الفوتونات المتناثرة بشكل متماسك في المرنان البصري (III) ، حيث تتبع في نفس الوقت تسرب الحقل من المرآة اليسرى للمرنان. الكشف الرابع (IV) هو الكشف عن الإشعاع من المرآة اليمنى للمرنان بسبب السمة الطيفية للفوتونات.
يعتمد الانتثار المتماسك بشدة على استقطاب الملقط البصرية. حلل العلماء ثلاثة خيارات للتشتت لزوايا الاستقطاب الخطي التالية: θ = 0 و θ = π / 4 و θ = π / 2.
الصورة رقم 3أولاً ، تم تأسيس استقطاب ليزر الملاءمة على طول محور التجويف (أي ، = 0) ، مما يقلل من الانتثار في وضع التجويف الفارغ (
3a ). لتحقيق التوافق التام بين الاستقطابات ، من الضروري تحقيق كبت تام لهذا الانتثار. تمكن العلماء من تحقيق 100 أضعاف القمع ، محدودة عن طريق المحاذاة بين محاور الملقط ومرنان. نتيجة لذلك ، تم الحصول على تناثر متماسك ، مما أدى إلى تبريد مرنان ضئيل على طول المحورين y و z.
عندما تغير الاستقطاب بمقدار θ = π / 4 ، لاحظ العلماء تبريدًا ثلاثي الأبعاد (على طول جميع محاور الحركة الحرارية) عن طريق الانتثار المتماسك (
3 ب ). يضيع هذا التأثير عند الانتقال إلى الاستقطاب θ = π / 2. في هذه الحالة ، لوحظ تبريد جيد ، ولكن لا يزال ضعيفًا ، على طول المحورين x و z (
3s ). لم يُظهر المحور y نتائج مماثلة ، وهو ما يفسره شكل بيضاوي قليلاً لاستقطاب المصيدة.
للتعرف أكثر تفصيلاً على نظرية وممارسة هذه التجربة ، أوصي بشدة أن تنظر في
تقرير المجموعة البحثية .
خاتمة
تلخيص ما سبق ، يمكننا تلخيص. الجسيمات متناهية الصغر في ملاقط بصرية ، إذا جاز التعبير ، مبعثر الضوء في جميع الاتجاهات. إذا تم وضع هذا الجسيم داخل مرنان بصري ، يمكن تخزين جزء من هذا الضوء بين المرايا. وبالتالي ، سوف تنتشر الفوتونات في التجويف. إذا كنت تستخدم الضوء الذي ستكون طاقته الفوتونية أقل من اللازم ، فإن الجسيمات النانوية سوف تعطي جزءًا من الطاقة الحركية بحيث يمكن تشتت الفوتونات داخل الرنان. يؤدي انخفاض الطاقة الحركية داخل الجسيم إلى تبريده.
أجرى أحد مؤلفي هذه الدراسة ، فلادان فولتش ، تجارب مماثلة بالفعل ، ولكن بعد ذلك تم تحقيق نتائج جيدة فقط باستخدام الذرات وفقط على طول محور واحد للحركة الحرارية.
وفقًا للباحثين ، ستسمح هذه الطريقة بإجراء دراسة أكثر تفصيلًا للخصائص الكمومية للجسيمات النانوية المختلفة ، وبالتالي توسيع معرفتنا وفهمنا العام للعالم الكمومي وقوانينه الغريبة والمربكة في بعض الأحيان.
شكرا لكم على اهتمامكم ، ابقوا فضوليين ولديكم أسبوع عمل جيد ، شباب.
شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ،
خصم 30٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من خوادم الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1 جيجابت في الثانية من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).
VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 مراكز) 10GB DDR4 240GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية حتى الصيف مجانًا عند الدفع لمدة ستة أشهر ، يمكنك طلب
هنا .
ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ لدينا فقط
2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة الأمريكية! اقرأ عن
كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟