Срочные новости раздела
Стробоскопический эффект позволил создать атомные массивы произвольной геометрии

Стробоскопический эффект позволил создать атомные массивы произвольной геометрии

Американские физики описали новый экспериментальный подход к созданию двумерных массивов холодных атомов произвольной геометрии. Он основан на стробоскопических оптических пинцетах, за формирование которых отвечают два скрещенных акустооптических модулятора. Авторы показали, что комбинация нового подхода с методом разделения атомов по спинам способна реализовывать самые разнообразные модели квантового транспорта.

Упрощенная схема формирования стробоскопических оптических пинцетов. Параллелепипеды – это акустооптические модуляторы, круги – это линзы.©  Zoe Z. Yan et al. / Physical Review Letters, 2022

Понимание того, что неоднородность светового поля способна воздействовать градиентной силой на микроскопические объекты, привело к изобретению оптического пинцета, отмеченного Нобелевской премией. Его действие основано на том факте, что распределение в пространстве интенсивности сфокусированного лазерного света имеет максимум. Тогда атом, попавший в окрестность этого максимума, может оказаться плененным.

Интерес, однако, представляют массивы атомов. Их можно создавать, формируя массив оптических пинцетов, то есть фокусируя несколько непараллельных лучей в семейство точек. Другой подход к той же задаче основан на интерференции встречных лазерных пучков, выраженной в пучностях и узлах стоячей волны. Второй способ обеспечивает однородность условий, в которых находятся атомы, но не допускает формирование более сложных геометрий. Последнее особенно важно для задач квантового транспорта в нетривиальной топологии. И хотя оптические пинцеты позволяют формировать такие условия, существующие методы страдают от трудностей с масштабированием и перестройкой.

Группа американских физиков при участии Васима Бакра (Waseem Bakr) из Принстонского университета предложили метод решения второй проблемы. Он основан на стробоскопических оптических пинцетах, которые формируются построчно в нужной конфигурации с некоторой частотой. Авторы показали, что в комбинации с техникой спин-разделения атомов и постселекции новый метод позволяет создавать низкоэнтропийные атомные массивы с одним спином на узел.

Идея нового подхода основана на пропускании лазерного луча через два скрещенных акустооптических модулятора. В этих устройствах создается стоячая ультразвуковая волна, которая служит дифракционной решеткой для падающего света. Меняя параметры звуковой волны, физики могут изменять число лучей, на которые разбивается входящий световой пучок, и их направления. Программируя правильным образом работу модуляторов, авторы добились режима построчной развертки массива пинцетов.

Ученые загружали в заранее спроектированные массивы пинцетов атомы лития-6, охлажденные ниже температуры Ферми. Длина волны лазера составляла 780 нанометров, а область перетяжки имела размер, примерно равный одному микрометру. Частотное разделение модуляторов в восемь мегагерц соответствовало дистанции между соседними пинцетами в 1350 нанометров. Диаметр апертуры и ширина полосы ограничивали размер массива девятью пинцетами в каждом направлении.

Каждый атом, захваченный в такой стробоскопический пинцет, испытывает короткое периодическое воздействие лазерного света. Чтобы удержание таким способом оставалось эффективно, частота развертки должна существенно превышать частоту гармонического колебания атома в ловушке, которая составляет порядка 2,5 килогерц. Физики экспериментально убедились, что при выполнении этого условия, то есть при частотах развертки, превышающий 200 килогерц, время жизни атомов в стробоскопических пинцетах приближается к таковому в статичном пинцете. Таким способом авторы смогли построить различные геометрии массивов: квадратную решетку 5×5, решетку Либа из 21 атома, треугольную решетку 4×5 и кольцо из 8 атомов. Для визуализации атомов они использовали флуоресценцию, сопровождающую рамановское охлаждение боковой полосы.

Для улучшения качества получающихся решеток крайне желательно заселять их из расчета один атом на узел, причем спины всех атомов должны быть ориентированы одинаково. Чтобы этого добиться, физики подхватывали атомный массив оптической решеткой, после чего накладывали градиент магнитного поля. Эффект Штерна — Герлаха разносил атомы с разной компонентой спина на девять микрометров, а дополнительные плоские оптические потенциалы стабилизировали разделенные массивы.

Используя эту технику, ученые реализовали двумерную модель Ферми — Хаббарда, описывающую туннелирование квантовых частиц по периодическому пространству, для небольшой решетки 2×2. Измерение спиновых корреляций вместе с постселекцией конечных состояний оказалось в хорошем согласии с симуляциями, продемонстрировав, что созданная система обладает близкой к нулю энтропией. В будущем физики рассчитывают масштабировать модель, а также реализовать квантовый транспорт в более сложных геометриях.

Статья опубликована в журнале Physical Review LettersИсточник: Марат Хамадеев nplus1.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Международная группа палеонтологов во главе с учеными из Технологического института Вирджинии (США) описала нового зароподоморфа и дала ему имя. Возраст скелета динозавра, который сохранился почти
подробнее...

Физики из 13 стран рассказали о результатах исследования относительной частоты рождения короткодействующих двухнуклонных корреляций в легчайших зеркальных ядрах, содержащих по три нуклона. Данные были
подробнее...

Коллектив учёных из Сколтеха опубликовал серию из трёх работ, посвящённых разным аспектам проникновения морской соли и других солей в мёрзлый грунт, содержащий газовые гидраты — льдоподобные
подробнее...

Группа ученых из Санкт-Петербурга показала, как работают гены на хромосомах типа ламповых щеток — особой формы хромосом, которые появляются в яйцеклетках кур. Оказалось, что с хромосом происходит
подробнее...

Биологи из Университета Флориды и Нью-Йоркского университета (США) определили, что муравьиные королевы значительно увеличивают выработку инсулина, что способствует развитию яиц. Но матки также
подробнее...

Коллектив зоологов из Чили, Аргентины, Германии и США опубликовал описание  нового вида птиц , обитающего на островах Диего-Рамирес, расположенных в проливе Дрейка примерно в 100 км к юго-западу от
подробнее...

Исследователи из Йельского университета (США) обнаружили, что воздействие света на нанопроволоки, созданные биопленочными сообществами бактерий, может увеличить электропроводность в этих природных
подробнее...

Китайские физики заставили бозе-конденсат атомов распределиться по синтетической импульсной решетке, полученной с помощью встречных лазеров с различным набором частот. Такая система понадобилась им,
подробнее...

Ученые физического факультета МГУ вместе с коллегами из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН и Национального исследовательского университета МИЭТ придумали способ кодировать
подробнее...

Ученые МГУ предложили новую молекулярную систему для управления активностью генов. В ее основе лежит искусственно сконструированный комплекс на базе вирусного фермента, способный присоединяться к
подробнее...

В настоящее время науке известны онкогенные мутации в более чем 300 генах, и зачастую возникает необходимость ранжировать их, чтобы определить мишени для основного воздействия при лечении. Но в
подробнее...

Новое исследование на мышах — и небольшое испытание, уже проведенное на людях — открывает перспективы лечения, которое поможет уменьшить когнитивные проблемы у людей с синдромом Дауна.
подробнее...

Испанские исследователи из Университета Овьедо изучили геном медузы Turritopsis dohrnii, известной как «бессмертная медуза». В отличие от родственных видов, эта медуза способна при определенных
подробнее...

Российские ученые предложили микробиологический метод, позволяющий эффективно синтезировать урсодезоксихолевую кислоту — препарат, который широко используется при лечении различных заболеваний печени.
подробнее...

Физики-теоретики обнаружили, что в концентрических кольцах фотонов, которые вращаются вокруг черных дыр, есть конформная симметрия — внешние кольца являются увеличенной копией внутренних. Для этого
подробнее...

Сотрудники биологического факультета МГУ создали первую полную электростатическую карту поверхности SARS-CoV-2. Она показывает распределение зарядов на компонентах оболочки коронавируса и позволяет
подробнее...

Необычный эффект, полученный индийскими коллегами в плазменно-пылевой системе, объяснили ученые Московского физико-технического института и Объединенного института высоких температур РАН. Эксперимент
подробнее...

Одной из первых планирующих рептилий был целурозавравус, который жил на территории современного Мадагаскара в конце пермского периода. Палеонтологи переописали этот вид и подтвердили, что образом
подробнее...