Локализация атома
Локализация атома связана с оценкой положения атома с использованием методов квантовой оптики с возрастающей точностью. Эта область берет свое начало в мысленном эксперименте Вернера Гейзенберга под названием «Микроскоп Гейзенберга» . [ 1 ] который обычно используется в качестве иллюстрации соотношения неопределенности Гейзенберга в учебниках по квантовой механике. [ 2 ] Эти методы достаточно развиты, чтобы обеспечить локализацию атомов по всем трем пространственным измерениям в субволновой области. Методы локализации атомов применялись и в других областях, требующих точного контроля или измерения положения атомоподобных объектов, таких как микроскопия , нанолитография , оптический захват атомов , оптические решетки и атомная оптика . Локализация атома основана на использовании атомной когерентности для определения положения атома с точностью, меньшей длины волны используемого света. По-видимому, это превосходит предел разрешения Рэлея и открывает возможности сверхразрешения для различных областей. [ 3 ]
Субволновая локализация атомов: преодоление предела Рэлея
[ редактировать ]Учитывая, что при обсуждении Гейзенберга микроскопа предел разрешения Рэлея и неопределенность Гейзенберга тесно связаны, создается впечатление, что превышение предела Рэлея приведет к нарушению предела неопределенности Гейзенберга. Математически можно показать, что пространственное разрешение можно увеличить до любой величины, не нарушая соотношения неопределенности Гейзенберга. [ 4 ] Цена, которую придется заплатить, — это импульсный импульс, полученный частицей, положение которой измеряется. Это изображено на рисунке справа.
Одномерная локализация атома
[ редактировать ]Локализация атома в поперечном направлении от направления его движения может быть легко достигнута с использованием таких методов, как квантовой интерференции эффекты , когерентный захват населенности , [ 5 ] посредством модификации атомных спектров, например, с помощью спектроскопии Аутлера-Таунса , резонансной флуоресценции , интерферометрии Рамсея , а также посредством мониторинга восприимчивости зонда посредством электромагнитно-индуцированной прозрачности , когда атом взаимодействует по крайней мере с одним пространственно-зависимым стоячей волны полем .
Приложения
[ редактировать ]Исследование локализации атомов предложило практические приложения в области нанолитографии на пределе Гейзенберга. [ 6 ] наряду с его фундаментальным значением для области атомной оптики , [ 7 ] лазерное охлаждение и захват нейтральных атомов. [ 8 ] Распространив схемы локализации атомов на два измерения, оптические решетки можно получить с более плотным, чем обычно, удержанием в каждом узле решетки. Такие сильно ограниченные решетчатые структуры могут быть полезны для изучения некоторых предсказаний теории твердых тел Блоха и переходов Мотта в гораздо более чистых системах по сравнению с обычными твердыми телами. Такие более жесткие потенциалы захвата могут иметь дальнейшее применение в области квантовой информации, в частности, для разработки детерминированных источников одиночных атомов и одноатомных квантовых регистров. Методы локализации атомов также важны для субволновой микроскопии. [ 9 ] а также визуализация и определение волновой функции центра масс атомоподобных объектов. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
Сноски
[ редактировать ]- ^ Вернер Гейзенберг (1949). Физические основы квантовой теории . Публикации Courier Dover. ISBN 978-0-486-60113-7 .
- ^ Филлипс, AC (2003). Введение в квантовую механику . Западный Суссекс, Англия: Джон Уайли и сыновья.
- ^ Капале, Кишор Т. (2013). «Субволновая локализация атома». Прогресс в оптике . 58 (Глава 4): 199–250. дои : 10.1016/B978-0-444-62644-8.00004-2 . ISBN 9780444626448 .
- ^ Вигуре, Ж.М.; Куржон, Д. (1992). «Обнаружение безызлучательных полей в свете принципа неопределенности Гейзенберга и критерия Рэлея». Прил. Опц . 31 (16): 3170–3177. дои : 10.1364/AO.31.003170 . ПМИД 20725262 .
- ^ Агарвал, Г.С.; Капале, КТ (2006). «Субволновая локализация атомов посредством когерентного захвата населенности». Дж. Физ. Б. 39 (17): 3437–3446. arXiv : Quant-ph/0505014 . дои : 10.1088/0953-4075/39/17/002 . S2CID 119081094 .
- ^ Джонсон, Канзас; Тайвиссен, Дж. Х.; Деккер, Нью-Хэмпшир ; Берггрен, КК; Чу, АП; Юнкин, Р.; Прентисс, М. (1998). «Локализация метастабильных атомных пучков с помощью стоячих оптических волн: нанолитография на пределе Гейзенберга». Наука . 280 (5369): 1583–1586. дои : 10.1126/science.280.5369.1583 . ПМИД 9616117 .
- ^ Адамс, CS; Сигел, М.; Млынек, Дж. (1994). «Атомная оптика» . Физ. Представитель . 240 (3): 143–210. дои : 10.1016/0370-1573(94)90066-3 .
- ^ Филлипс, У.Д. (1998). «Лазерное охлаждение и захват нейтральных атомов» . Преподобный Мод. Физ . 70 : 721–741. дои : 10.1103/RevModPhys.70.721 .
- ^ Капале, Коннектикут; Агарвал, Г.С. (2010). «Субнаномасштабное разрешение для микроскопии посредством когерентного улавливания популяций». Опция Летт . 35 (16): 2792–2794. дои : 10.1364/OL.35.002792 . ПМИД 20717459 .
- ^ Капале, Коннектикут; Камар, С.; Зубайри, М.С. (2003). «Спектроскопическое измерение волновой функции атома». Физ. Преподобный А. 67 (2): 023805. doi : 10.1103/PhysRevA.67.023805 . hdl : 1969.1/126561 .
- ^ Эверс, Дж.; Камар, С.; Зубайри, М.С. (2007). «Локализация атома и определение волновой функции центра масс с помощью нескольких одновременных квадратурных измерений». Физ. Преподобный А. 75 (5): 053809. doi : 10.1103/PhysRevA.75.053809 . hdl : 1969.1/126604 .
- ^ Руди, П.; Эйнисман Р.; Бигелоу, НП (1997). «Исследование флуоресценции параметрически возбужденных пакетов движущихся волн в оптических решетках». Физ. Преподобный Летт . 78 (26): 4906–4909. doi : 10.1103/PhysRevLett.78.4906 .