Viele Technologien haben sich seit ihrer Erfindung stark verändert. Ihre Verbesserung wurde durch verschiedene Studien und Entdeckungen vorangetrieben, von denen jede neue Wege zur Implementierung fand, sei es Materialien, Systemmodelle oder neue Algorithmen. Visuell sind Computergeräte eines der auffälligsten Beispiele. Früher besetzten sie ganze Räume und wogen mehrere Tonnen, und jetzt hat jeder von uns ein Mobiltelefon, dessen Kapazität um ein Vielfaches höher ist als die großer Computer. Der Prozess der Minimierung von Geräten und ihren Komponenten ist jedoch noch lange nicht abgeschlossen, denn solange es viel zu reduzieren gibt, werden Wissenschaftler neue Wege finden, um dies zu erreichen. Heute sprechen wir über eine Studie, die den Minimierungsprozess stark beeinflussen könnte, oder vielmehr über die experimentelle Bestätigung der Theorie eindimensionaler Elektronen, die bereits fast 56 Jahre alt ist. Lass uns gehen.
StudienhintergrundBereits 1950 schlug der japanische Physiker Shinichiro Tomonaga ein neues theoretisches Modell vor, das die Wechselwirkung von Elektronen in einem eindimensionalen Leiter beschreibt. Außerdem nahm Joaquin Luttinger 1963 einige Korrekturen an der Theorie vor. Tatsache ist, dass theoretisch unter bestimmten Einschränkungen die Wechselwirkung zweiter Ordnung zwischen Elektronen als bosonische Wechselwirkungen beschrieben werden kann. Luttinger änderte die Theorie angesichts der Bloch-Wellen. Dies zeigte, dass die von Tomonaga eingeführten Einschränkungen für die Implementierung des Modells nicht erforderlich sind.
Sinichiro Tomonaga (1953)Im Kern beschreibt dieses Modell das Verhalten von Elektronen mit zwei Quasiteilchen. Sie unterscheiden sich darin, dass der erste wie ein Elektron einen Spin und eine Ladung von Null hat und der zweite eine Ladung von 0, der Spin jedoch 1. Außerdem bewegen sich Quasiteilchen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Theoretisch wird auch argumentiert, dass das Einwirken auf eine einzelne Ladung oder einen Spin eines Elektrons eine Reaktion aller Elektronen verursachen kann.
Das empirische Testen dieser Theorie ist äußerst schwierig, da die Wissenschaftler die Wechselwirkung der Elektronen noch nicht vollständig kontrollieren konnten. In dieser Studie fanden sie jedoch mit kalten Atomen einen Ausweg aus ihrer Notlage.
Mehr als klar, die Essenz kalter Atome wird von Alexey Akimov im obigen Video offenbart.In dieser Studie wurde ein Fermi-Gasmodell aus fermionischem
6 Li erstellt, da seine abstoßenden S-Wellen-Wechselwirkungen leicht manipuliert werden können. Um den notwendigen Parameter - den dynamischen Strukturfaktor
S (q, ω) der Dichteschwingungen ("Ladungsschwingungen)" - zu ändern, wurde die Bragg-Spektroskopie verwendet.
Die Forscher bestreiten nicht, dass bereits zuvor eine ähnliche Messmethode verwendet wurde, aber ihre Methode weist eine Reihe wichtiger Merkmale auf. Zunächst wurden die Atome in einer optischen Falle "gefangen", die aus drei zueinander orthogonalen Infrarotlaserstrahlen bestand, von denen jeder einen
Retroreflektor * durchlief, während die Polarisation jedes reflektierten Strahls um 90 ° gedreht wurde, um eine Falle ohne Gitter zu bilden.
Retroreflektor * - ein Gerät zum Reflektieren des Strahls zurück zu seiner Quelle mit minimaler Streuung.
Retroreflektor Beispiel
Danach wurde die Anzahl der Atome gemessen - 1,4 × 10
5 sowie ihre Temperatur - 0,05 T
F. In diesem speziellen Fall ist T
F die Fermi-Temperatur jedes Spinzustands, wobei berücksichtigt wird, dass keine Wechselwirkungen vorliegen.
Ferner wurde die Tiefe der Falle erhöht und die Polarisation der reflektierten Strahlen wurde gedreht, um ein dreidimensionales Gitter mit einer Tiefe von VL = 7 E
r zu bilden , wobei
Er = h
2 / (
2 m & lgr;
2 ) ist die Rückstoßenergie;
h ist die Planck-Konstante *;
m ist die Atommasse
λ = 1.064 nm ist die Wellenlänge des Lichts.
Um die gewünschte Gittertiefe (2,5 E
r ) zu erreichen, wurde die Streulänge eingestellt. Um die Begrenzungsschale der Infrarotstrahlen zu kompensieren, wurde entlang jeder Achse ein zusätzlicher nicht reflektierter 532-nm-Strahl angelegt, der einer
blauen Verstimmung * unterzogen wurde.
Laser-Verstimmung * - Einstellen des Strahls auf eine Frequenz, die sich von der Resonanz eines Quantensystems unterscheidet. Das Einstellen des Lasers auf eine Frequenz oberhalb der Resonanz wird als Blau-Verstimmung bezeichnet .
Anschließend wurde der Kompensationsstrahl allmählich abgeschaltet, ebenso wie der vertikale Infrarotstrahl. Parallel dazu nahm die Intensität der beiden für die Bildung eines bereits zweidimensionalen Gitters (15
r ) verbleibenden zu. Aufgrund dessen erzeugte das zweidimensionale Gitter eine Reihe praktisch isolierter eindimensionaler Röhren. Sie können mit zwei Parametern beschrieben werden: axiale harmonische Schwingung - ωz = (2π) 1,3 kHz und radiale harmonische Schwingung - ω⊥ = (2π) 198 kHz.
Die Durchführung dieser Manipulationen führte zu einer Verringerung der Gesamtzahl der Atome im Experiment auf N = 1,1 × 10
5 .
Die Bragg-Spektroskopie umfasst zwei Laserstrahlen mit den Vektoren k
1 und k
2 sowie einer Frequenzdifferenz ω. Die Strahlen verlaufen in einem Winkel & thgr; relativ zueinander und schneiden die Atome symmetrisch in Bezug auf die Linie senkrecht zur Achse der Röhre (z). Diese beiden Strahlen führen zu einem stimulierten Zwei-Photonen-Übergang, der die „Überlagerung“ des Grundzustands des Quantensystems bei der Frequenzanregung von ω und der z-Komponente des Impulses q = | k
1 - k
2 | hervorruft = 2k sin (θ / 2), wobei k = | k
1 | = | k
2 |.
Der Winkel zwischen den Strahlen wurde auf θ / 2 ≤ 4,5 ° eingestellt, was zu q / k
F ≤ 0,2 für die Zentralröhre mit der Anzahl der Atome N
m = 60 führt.
Wie bereits klar geworden ist, bestimmt der Winkel zwischen den Laserstrahlen den Exponenten q, der niedriger sein sollte als der Fermi-Impuls. Dazu später mehr.
Bild Nr. 1Bragg-Strahlen arbeiten 300 Mikrosekunden lang, was ungefähr 2-mal weniger als die axiale Periode ist, aber mehr im Vergleich zu &
ohgr ;
-1 . Eine wichtige Nuance, da dies die Analyse vereinfacht und die Pulszeitverbreiterung reduziert.
Sobald der Bragg-Strahl auf die Testprobe einwirkt, werden die Strahlen der optischen Falle ausgeschaltet. Nach 150 Mikrosekunden werden unter Verwendung von Phasenkontrastmikroskopie Bilder erhalten. Das Experiment wird wiederholt, jedoch ohne den Einfluss von Bragg-Strahlen, um ein "Referenz" -Bild zu erhalten.
Bild
a und
b zeigen die Säulendichte der experimentellen Version bzw. der "Referenz". Weiter
mit - einem Unterschied zwischen ihnen.
d ist ein Diagramm des Verhältnisses aller drei vorherigen Indikatoren: a, b und c.
Die Forscher weisen darauf hin, dass sich das Bragg-Signal aufgrund von Änderungen der Intensität seines Strahls aufgrund von Änderungen der Expositionsdauer im linearen Antwortmodus befand. In diesem Modus hängt die Frequenz der stimulierten Bragg-Übergänge quadratisch von der Intensität der Laserstrahlung ab.
Bild Nr. 2Wie aus dem obigen Diagramm ersichtlich ist, befindet sich die Impulsübertragung im linearen Antwortmodus im gesamten Bereich der im Experiment verfügbaren Wechselwirkungskraft, wenn die Strahlungsintensität weniger als 55 mW / cm
2 beträgt.
Bild Nr. 3Die obige Grafik zeigt das Verhältnis des Bragg-Signals zur Frequenz, wobei jeder Punkt 20 bis 30 experimentellen Versuchen für jeden Wert von ω und Konstante q entspricht.
Bild Nr. 4Die obige Grafik zeigt die Ergebnisse der Messung des Wertes von ω. Mit einer Erhöhung der Wechselwirkungskraft auf 400a
0 steigt auch der Frequenzwert an. Bei einem weiteren Anstieg von mehr als 400 wurde eine Erwärmung und ein Verlust von Atomen beobachtet, was höchstwahrscheinlich auf eine Dreikomponentenrekombination aufgrund des instabilen oberen Zweigs während des Übergangs von einem dreidimensionalen Gitter zu einem zweidimensionalen zurückzuführen ist.
Für weitere Messungen wurde beschlossen, den Strukturfaktor bei einer Temperatur von 200 nK zu berechnen und diese Ergebnisse mit den vorherigen im Experiment zu vergleichen. Bei dieser Berechnung kann nur die Skalierung der Anregung manipuliert werden. Spitzenanregungswerte sind in Grafik 4 als rote Punkte dargestellt. Die gestrichelte Linie zeigt jedoch die theoretischen Ergebnisse. Offensichtlich stimmen die experimentellen theoretischen Ergebnisse praktisch überein. Diese Ergebnisse sind der erste Beweis für eine experimentelle Demonstration von Änderungen der kollektiven Anregungsrate in einem eindimensionalen Fermigas als Reaktion auf eine Wechselwirkung.
Um sich mit den Details dieser Studie vertraut zu machen, empfehle ich dringend, dass Sie
hier nachsehen
(Bericht von Wissenschaftlern) .
NachwortWissenschaftler konnten die dynamische Reaktion in einem eindimensionalen zweikomponentigen fermionischen System mithilfe der Bragg-Spektroskopie erfolgreich messen. Dieses Experiment konnte in der Praxis die Wahrheit der Tomonaga-Luttinger-Theorie bestätigen.
Wissenschaftler sind sich sicher, dass die Fähigkeit, die Wechselwirkungskraft durch die Feshbach-Resonanz zu manipulieren, die Tür für zukünftige Forschungen öffnen wird, die die in der Tomonaga-Luttinger-Theorie beschriebenen Grenzen überschreiten können.
Diese Arbeit ist äußerst schwer als einfach zu bezeichnen, da sie viele Probleme im Experiment und bei der Messung der Ergebnisse mit sich bringt. Der Wunsch, etwas Neues zu lernen, sowie die Bedeutung von etwas Neuem für die Entwicklung der Technosphäre der Erde sind jedoch unangemessen groß. Wenn Sie sich mit solchen Studien vertraut machen, verstehen Sie, wie kompliziert die Welt um uns herum ist. Seit vielen Jahrhunderten versuchen wir, es zu verstehen, zu vereinfachen und unterzuordnen, aber mit jeder neuen Entdeckung tauchen eine Reihe neuer Fragen auf, die das erschweren, was wir angeblich vereinfacht haben.
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