एक ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र के माध्यम से एक लेविटेटिंग नैनोकणों का ठंडा होना

वसंत पूरे जोरों पर है, पिछली बर्फ लगभग हर जगह पिघल गई है और लंबे समय से प्रतीक्षित गर्मी का शासन है। गर्मी से प्यार करने वाले लोग आखिरकार अपने बुना हुआ स्वेटर, स्कार्फ और टोपी उतारना शुरू कर रहे हैं, और वालरस पहले से ही शॉर्ट्स और टी-शर्ट में पूरे जोरों पर हैं। इस बीच, वियना विश्वविद्यालय की प्रयोगशालाओं में से एक में एक कुत्ते का ठंडा शासनकाल है और वैज्ञानिक इसके लिए बेहद खुश हैं, क्योंकि नैनोकणों के क्वांटम प्रभावों का एक अलग तरीके से अध्ययन करना बेहद मुश्किल है। अगर साहित्यिक क्रांतियों के बिना, तो आज हम एक ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र से एक जाल के माध्यम से एक लेविटेटिंग नैनोकण को ​​ठंडा करने की एक नई विधि के व्यावहारिक परीक्षण से परिचित होंगे। क्यों और कैसे वैज्ञानिकों ने एक नैनोकण को ​​लगभग पूर्ण शून्य तक फ्रीज किया, उनकी विधि कितनी प्रभावी है, और यह क्वांटम प्रभाव के अध्ययन में क्या ला सकता है? हम अनुसंधान समूह की रिपोर्ट में इन और अन्य सवालों के जवाब पाएंगे। चलो चलते हैं।

प्रयोग का आधार

कणों की लेजर पर कब्जा और उनका ठंडा होना परमाणु भौतिकी में बहुत लोकप्रिय उपकरणों में से एक है, जैसा कि वैज्ञानिक खुद कहते हैं, और उनके साथ असहमत होना मुश्किल है। यदि हम उन सभी सुपर-डुपर कॉम्प्लेक्स फॉर्मूलेशन को छोड़ देते हैं, जहां से बाल अंत में खड़े होंगे, जहां यह मौजूद नहीं है, तो पूरी प्रक्रिया को निम्नानुसार वर्णित किया जा सकता है: डॉपलर-शिफ्ट किए गए लेजर फोटॉनों के अवशोषण की पूरी अस्वीकृति और बाद में सहज होने के कारण एक परमाणु या अणु का मोटर शीतलन संभव है। विकिरण। लेकिन यह प्रक्रिया कूल्ड कण की आंतरिक संरचना पर निर्भर करती है। कण की गति और ऑप्टिकल रेज़ोनरेटर के क्षेत्र को मिलाकर इस निर्भरता से बचा जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक नई शीतलन योजना होगी।

अनुसंधान हलकों में बहुत रुचि के एक ऑप्टिकल जाल के क्षेत्र के सुसंगत बिखरने के माध्यम से गुंजयमान शीतलन की विधि थी। ऐसी स्थिति में, एक नियंत्रित डिपोल बिखरने का उत्पादन करता है जो उत्तेजना के क्षेत्र के साथ सुसंगत है। शुरू में खाली ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र में फोटॉन का प्रकीर्णन भी एक नई शीतलन विधि प्रदान करता है। यदि आप अनुनाद से उत्तेजना क्षेत्र के सही लेजर को लागू करते हैं, तो आप प्रतिध्वनित बिखरने की प्रक्रिया को बढ़ा सकते हैं, जो बदले में कणों की गति से ऊर्जा को समाप्त कर देता है। यह इस ऊर्जा को हटाना है जो ठंडा है।


छवि नंबर 1: एक लेविटेटिंग कण के गुंजयमान शीतलन के लिए दो विकल्प।

चित्रा 1 ए दिखाता है कि ऑप्टिकल ट्रैप (कभी-कभी "चिमटी") से सुसंगत बिखरने के माध्यम से गुंजयमान शीतलन एक खाली ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र में उत्सर्जित द्विध्रुवीय विकिरण पर आधारित है।

छवि 1 बी - मानक फैलाने वाली ऑप्टोमैकेनिक्स में, एक बाहरी लेजर गुंजयमान यंत्र और प्रकीर्णन दोनों को नियंत्रित करता है। इष्टतम शीतलन गुहा मोड की सबसे बड़ी तीव्रता ढाल के साथ संभव है।

अपने काम में, वैज्ञानिकों ने सुसंगत बिखरने के माध्यम से एक लेविनेटिंग नैनोपार्टिकल के गुंजयमान शीतलन के व्यावहारिक कार्यान्वयन का प्रदर्शन किया। इसी समय, वैज्ञानिकों ने थर्मल गति की तीन दिशाओं में इस प्रक्रिया को अंजाम देने में कामयाबी हासिल की, जबकि पहले इस तरह के प्रयोग केवल एक दिशा में और केवल परमाणु के रूप में विषयों के साथ किए गए थे।

सैद्धांतिक आधार

कौन सुंदर सूत्र प्यार करता है जो दादी के फीते से मिलता जुलता है, अब हम इनमें से कुछ पर विचार करेंगे।


छवि नंबर 2: सुसंगत बिखरने के माध्यम से गुंजयमान शीतलन योजना।

एक ऑप्टिकल जाल एक आवृत्ति _{formed t which के} साथ एक लेजर द्वारा गठित होता है, जो एक माइक्रोस्कोप उद्देश्य ( ओएम ) द्वारा एक निर्वात कक्ष (खाली) में केंद्रित होता है। नैनोपार्टिकल फैब्री के केंद्र में स्थित है - पेरोट गुंजयमान यंत्र। एक कमजोर अवरोधक बीम को फँसाने वाले लेजर से निकाला जाता है और गुंजयमान रूप से आवृत्ति _{it 2} पर ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र को नियंत्रित करता है, जिससे ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र की आवृत्ति के सापेक्ष ω _tω और relative _{2 को} ठीक _करना संभव हो जाता है। ऊपर की छवि में पीबीएस ध्रुवीकरण बीम फाड़नेवाला है, और the _het हेटेरोडाइन डिमोड्यूलेशन आवृत्ति है।

अब एक ऑप्टिकल वॉल्यूम के साथ एक खाली ऑप्टिकल गुहा के अंदर बीम (डब्ल्यू _{एक्स; वाई;} लेजर बीम के सबसे संकरे हिस्से) के साथ लेजर चिमटी द्वारा पकड़े गए नैनोकण पर विचार करें, और गुंजयमान यंत्र की धुरी के साथ स्थिति x _{0 में} (छवि संख्या 2)। )।

इस मामले में, प्रेरित द्विध्रुवीय और आंतरिक (स्थानीय) विद्युत क्षेत्र के बीच की बातचीत को निम्नलिखित हैमिल्टन के रूप में वर्णित किया जा सकता है:



लीजेंड:

ई _ट्व और ई _कैव चिमटी और गुंजयमान मोड के विद्युत क्षेत्र हैं;
ω _ट्व - चिमटी आवृत्ति;
ω _गुहा गुंजयमान आवृत्ति है;
Iz कणों की ध्रुवीकरण क्षमता है;
एक â और एक- गुंजयमान क्षेत्र ऑपरेटरों;
⍷ ₀ विद्युत स्थिरांक है;
c प्रकाश की गति है;
k तरंग संख्या है;
zR - रेले की लंबाई।

जब चिमटी की आवृत्ति ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र के प्रतिध्वनि के पास पहुंचती है, तो प्रतिध्वनि मोड का घनत्व द्विध्रुवीय विकिरण विकिरण को बदल सकता है, जो प्रतिध्वनित कोऑपरेंट बिखरने की ओर जाता है।

इस तरह के बिखरने में कई विशिष्ट विशेषताएं हैं। सबसे पहले, बिखरे हुए द्विध्रुवीय विकिरण की प्रत्यक्षता के कारण, अंतःक्रिया बल जाल के लेजर के ध्रुवीकरण पर बहुत निर्भर है। दूसरे, यह संपर्क ऑप्टिकल ट्रैप और गुंजयमान यंत्र दोनों के क्षेत्र की ताकत के समानांतर बढ़ाया जाएगा। तीसरा, गुंजयमान यंत्र के विद्युत क्षेत्र में अंतःक्रिया रैखिक होती है।

व्यावहारिक कार्यान्वयन

जैसा कि हम चित्र संख्या 2 में आरेख से देख सकते हैं, माइक्रोस्कोप उद्देश्य और फैब्री - पेरोट गुंजयमान यंत्र निर्वात कक्ष के अंदर स्थित हैं। लेंस W _x 0.67 सुक्ष्ममापी और W _y 0.77 सुक्ष्ममापी की गर्दन पर एक 1064 एनएम लेज़र केंद्रित करता है, जो एक ऑप्टिकल चिमटी (जाल) बनाता है जो व्यास में एक क्वार्ट्ज नैनोस्फीयर 71.5 एनएम को पकड़ता है। जाल गैर-पतित यांत्रिक आवृत्तियों (Ωx, Ωy, Ωz) / 2Π = (190, 170, 38) kHz के साथ अनुप्रस्थ विमान में अण्डाकार है। लेंस खुद को 8-एनएम की वेतन वृद्धि में तीन-अक्ष नैनोकणदाता पर रखा गया है। लेज़र और रेज़ोनेटर की आवृत्तियों के बीच के विस्फोट को नियंत्रित करने के लिए, प्रकाश के भाग को आवृत्ति ω ₂ = ω _cav -FSR-ing में स्थानांतरित किया जाता है और ऑप्टिकल रेज़ोनेटर को कमजोर रूप से पंप करता है। यह एक लैचिंग संकेत प्रदान करता है जो ऑप्टिकल चिमटी के लिए लेजर स्रोत को फ्री-ड्रिफ्टिंग फेब्री-पेरोट गुहा का पालन करने की अनुमति देता है।

प्रायोगिक सेटअप में 4 डिटेक्शन / डिटेक्शन चैनल (I-IV) हैं। ऑप्टिकल चिमटी के बिखरने से प्राप्त तीनों दिशाओं (I) में सीधे कण गति का पता लगाना। गुहा (II) में फिक्सिंग लेजर के संचरण का सजातीय पता लगाने, जो गुहा की धुरी के साथ स्थिति का ऑप्टोमैकेनिकल पता लगाने की अनुमति देता है। यह सुसंगत रूप से बिखरे हुए प्रकाश पर भरोसा करने की आवश्यकता के बिना गुहा क्षेत्र के सापेक्ष कण को ​​संरेखित करना आवश्यक है। ऑप्टिकल अनुनादक (III) में सुसंगत रूप से बिखरे हुए फोटॉन की शक्ति को भी मापा गया, साथ ही साथ अनुनादक के बाएं दर्पण से क्षेत्र के रिसाव को ट्रैक किया गया। चौथा (IV) डिटेक्शन फोटोन की स्पष्ट रूप से हल की गई विशेषता के कारण गुंजयमान यंत्र के दाएं दर्पण से विकिरण का पता लगाना है।

सुसंगत प्रकीर्णन दृढ़ता से ऑप्टिकल चिमटी के ध्रुवीकरण पर निर्भर करता है। वैज्ञानिकों ने निम्नलिखित रैखिक ध्रुवीकरण कोणों के लिए तीन प्रकीर्णन विकल्पों का विश्लेषण किया:, = 0, θ = π / 4 और π = θ / 2।


चित्र संख्या 3

सबसे पहले, फँसाने वाले लेजर के ध्रुवीकरण को गुहा की धुरी (यानी, minim = 0) के साथ स्थापित किया गया था, जो खाली गुहा मोड ( 3 ए ) में बिखरने को कम करता है। ध्रुवीकरण के सही संरेखण के लिए, इस बिखरने के पूर्ण दमन को प्राप्त करना आवश्यक है। वैज्ञानिकों ने चिमटी और अक्षतंतु के अक्षों के बीच संरेखण द्वारा सीमित, 100-गुना दमन को प्राप्त करने में कामयाब रहे। नतीजतन, सुसंगत प्रकीर्णन प्राप्त किया गया था, जिसने y और z अक्षों के साथ तुच्छ गुंजयमान शीतलन का उत्पादन किया।

जब ध्रुवीकरण θ = polar / 4 से बदल गया, तो वैज्ञानिकों ने सुसंगत प्रकीर्णन ( 3 बी ) के माध्यम से तीन आयामी (थर्मल गति के सभी अक्षों के साथ) ठंडा देखा। यह प्रभाव ध्रुवीकरण के संक्रमण पर खो जाता है effect = the / 2। इस मामले में, एक्स और जेड कुल्हाड़ियों के साथ एक अच्छा, लेकिन अभी भी कमजोर, ठंडा ( 3 एस ) देखा गया था। Y अक्ष समान परिणाम नहीं दिखाता था, जिसे जाल के ध्रुवीकरण के थोड़ा अण्डाकार आकार द्वारा समझाया गया है।

इस प्रयोग के सिद्धांत और व्यवहार के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं दृढ़ता से अनुशंसा करता हूं कि आप अनुसंधान समूह की रिपोर्ट देखें ।

उपसंहार

उपरोक्त संक्षेप में, हम संक्षेप में बता सकते हैं। ऑप्टिकल चिमटी में एक नैनोकण है, इसलिए बात करने के लिए, सभी दिशाओं में एक हल्का बिखरने वाला। यदि इस कण को ​​प्रकाशीय अनुनादक के अंदर रखा जाता है, तो इस प्रकाश के भाग को इसके दर्पणों के बीच संग्रहीत किया जा सकता है। इस प्रकार, फोटॉन गुहा में बिखरेगा। यदि आप प्रकाश का उपयोग करते हैं जिसकी फोटॉन ऊर्जा आवश्यकता से कम होगी, तो नैनोपार्टिकल गतिज ऊर्जा का हिस्सा देगा ताकि फोटोन को रेज़ोनेटर के अंदर बिखेर दिया जा सके। कण के अंदर गतिज ऊर्जा में कमी इसकी शीतलन की ओर जाता है।

इस अध्ययन के लेखकों में से एक, व्लादन वुलेटिच ने पहले से ही इसी तरह के प्रयोग किए थे, लेकिन फिर अच्छे परिणाम केवल परमाणुओं के उपयोग और थर्मल गति के केवल एक अक्ष के साथ प्राप्त किए गए थे।

यह विधि, शोधकर्ताओं के अनुसार, विभिन्न नैनोकणों के क्वांटम गुणों के अधिक विस्तृत अध्ययन की अनुमति देगा, जिससे क्वांटम दुनिया और इसके कभी-कभी अजीब और भ्रमित कानूनों के बारे में हमारी जानकारी और सामान्य समझ का विस्तार होगा।

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