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波兰科学院核物理研究所:激光控制下的量子环

江苏激光联盟导读:超冷原子可以被光捕获而形成令人惊奇的复杂结构。依赖于粒子间的相互作用的反向自旋,具有不同性能的相就可以在局部生成。

超冷原子可以被光捕获而形成令人惊奇的复杂结构。依赖于粒子间的相互作用的反向自旋,具有不同性能的相就可以在局部生成。

依据位于克拉科夫的波兰科学院核物理研究所的科学家的结论,超冷原子在预先准备好的激光的捕获下可以排列形成复杂的、迄今未被发现的结构。与大多数近期的预测相似,物质在可控的前提下在光学晶体中可以形成拉伸和不均匀的量子环

光学晶体是产生光的一种特殊结构,即电磁波。激光在建造这样的晶体的过程中起到非常重要的作用。每一束激光都会产生一个严格定义的电磁波、其参数是固定的,却是可以进行几乎任意的修改。当激光束很好的匹配的时候,就有可能制造出具有非常有名的性质的晶体来。通过将波进行叠加,可以获得最小的电位,其排列可以促使系统的模拟成为可能和知名的固体物理模型进行模型设计。这一预设的系统的优点就在于相对简单可以修改这一最小值,在实践中就意味着可以制备出不同类型的晶体。

如果我们引入适宜的有选择性的原子进入我们预先准备好的空间,他们就会在最小电位的位置发生聚集。然而,这里有一个非常重要的前提,原子必须冷却到超低的温度。只有当他们的能量非常小,小到不能打破精心准备的陷阱时才行。

原子(或成组原子)由于激光晶体的捕获形成的结构同晶体非常相似。取决于激光束的空间位置,他们可以形成一维、二维、三维的结构。不像晶体,激光捕获的晶体是无缺陷的。同时,晶体结构有可能在晶格为负时发生结构的改变,光学晶体非常容易的形成空间结构。这些需要改变激光束的性质或者切断光束的角度。这些特征使得晶格同量子模拟相类似。他们可以用来复制出不同的空间结构的原子或成组的原子,甚至包括在自然界中并不存在的结构。

在波兰科学院核物理研究所的科学家的研究中,采用激光晶体来实现了原子的捕获。费米子群,即自旋原子1/2轨道放置在他们所处的位置。在每一位置的原子,都有其特定的自旋方向(向上),其余的则向下。改变这些原子之间的相互作用是非常吸引人的,导致原子对的产生,如超导体中的铜对,电子对在晶格的自旋轨道上的同一位置是相反的方向。

目前这一结果尚属于波兰科学院核物理研究所的科学家的理论推测,发表在期刊《 Scientific Reports》和《Journal of Physics Communications》上。但由于该方法简单,这一描述的超冷原子的激光捕获可以很快就在实验室得到验证。来自波兰科学院核物理研究所的科学家预测激光对超冷原子的捕获可以形成均匀结构的量子环。

Agnieszka Cichy et al, Superfluidity of fermionic pairs in a harmonic trap. Comparative studies: Local Density Approximation and Bogoliubov-de Gennes solutions, Journal of Physics Communications (2020). DOI: 10.1088/2399-6528/ab8f02

Agnieszka Cichy et al. Phase separations induced by a trapping potential in one-dimensional fermionic systems as a source of core-shell structures, Scientific Reports(2019). DOI: 10.1038/s41598-019-42044-w

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