Bilim adamları, yalnızca ışık fotonlarından oluşan ve Jedi Şövalyelerinin kılıcına benzeyen yeni ve benzersiz bir madde formu yarattılar. Rydberg eyaletleri
Dış elektronun oldukça uyarılmış bir durumda olduğu alkali metaller (seviyelere kadar) N yaklaşık 1000). Bir atomu temel durumundan uyarılmış duruma geçirmek için rezonans lazer ışığı ile ışınlanır veya bir RF deşarjı başlatılır. Bir Rydberg atomunun boyutu, temel durumdaki aynı atomun boyutunu yaklaşık 106 kat aşabilir. N = 1000 (aşağıdaki tabloya bakınız).
Rydberg atomlarının özellikleri
yarıçaplı bir yörüngede dönen bir elektron R Newton'un ikinci yasasına göre çekirdeğin etrafında bir kuvvetle karşılaşır.
,nerede ( - dielektrik duyarlılık), e bir elektronun yüküdür.
Birim cinsinden yörünge momenti ħ eşittir
.Bu iki denklemden, durumdaki bir elektronun yörünge yarıçapı için bir ifade elde ederiz. N :
Bir rubidyum atomunun bir Rydberg durumuna lazer uyarma şeması.
Böyle bir hidrojen benzeri atomun bağlanma enerjisi
,Nerede ry= 13,6 eV Rydberg sabiti ve δ - genel olarak nükleer yük kusuru Nönemsiz. Aradaki enerji farkı N-th ve n+1-th enerji seviyeleri yaklaşık olarak eşittir
.Bir atomun karakteristik boyutu rn ve tipik yarı klasik elektron devri periyodu şuna eşittir:
,Nerede bir B= 0,5 10 −10 m Bohr yarıçapı ve T 1 ~ 10 −16 sn.
Ana kuantum sayısı, | Birinci heyecanlı durum, |
Rydbergovskoye durum, |
---|---|---|
Bir atomdaki bir elektronun bağlanma enerjisi (iyonlaşma potansiyeli), eV | ≃ 5 | ≃ 10 −5 |
Atom boyutu (elektron yörünge yarıçapı), m | ~ 10 −10 | ~ 10 −4 |
Elektron yörünge periyodu, s | ~ 10 −16 | ~ 10 −7 |
Doğal ömür, s | ~ 10 −8 | ~ 1 |
Geçiş sırasında bir hidrojen atomunun emisyonunun dalga boyu N' = 91 Açık N = 90 3,4 cm'ye eşit
Rydberg atomlarının dipol blokajı
Atomlar taban durumundan Rydberg durumuna uyarıldığında, ilginç fenomen"dipol blokajı" denir.
Seyrekleştirilmiş bir atomik buharda, temel durumdaki atomlar arasındaki mesafe büyüktür ve pratik olarak atomlar arasında hiçbir etkileşim yoktur. Bununla birlikte, atomların Rydberg durumuna uyarılması üzerine, yörünge yarıçapları artar ve 1 μm mertebesine ulaşır. Sonuç olarak, atomlar "yaklaşır", aralarındaki etkileşim önemli ölçüde artar, bu da atomların durumlarının enerjisinde bir kaymaya neden olur. Bu neye yol açar? Sadece bir atomun temel halden Rieberg haline zayıf bir ışık atımı ile uyarılabileceğini varsayalım. Aynı seviyeyi başka bir atomla doldurma girişimi, "dipol blokajı" nedeniyle açıkça imkansız hale gelir.
Araştırma yönleri ve olası uygulamalar
Rydberg atom durumlarıyla ilgili çalışmalar şartlı olarak iki gruba ayrılabilir: atomların kendilerinin incelenmesi ve özelliklerinin başka amaçlar için kullanılması.
Temel araştırma alanları:
Rydberg atomlarının olağandışı özellikleri şimdiden uygulama buluyor
2009 yılında, araştırmacılar Rydberg molekülünü elde etmeyi başardılar. (İngilizce) Rusça .
radyo astronomi
Radyo astronomisinde Rydberg atomlarına ilişkin ilk deneysel veriler, 1964 yılında R. S. Sorochenko ve diğerleri (FIAN) tarafından santimetre frekans aralığında uzay nesnelerinin radyasyonunu incelemek için tasarlanmış 22 metrelik bir ayna radyo teleskopu üzerinde elde edildi. Teleskopu Omega Bulutsusu üzerine odaklarken, bu bulutsudan gelen radyo emisyonunun spektrumunda λ ≃ 3,4 cm dalga boyunda bir emisyon çizgisi tespit edildi. Bu dalga boyu, Rydberg durumları arasındaki geçişe karşılık gelir. N' = 91 Ve N = 90 hidrojen atomunun spektrumunda.
notlar
Edebiyat
- Neukamner J., Rinenberg H., Vietzke K. ve ark. n ≅ 500'de Rydberg Atomlarının Spektroskopisi // Phys. Rev. Letonya 1987 Cilt 59. S.26.
- Frey M. T. Hill S.B.. Smith K.A.. Dunning F.B., Fabrikant I.I. Çok Yüksek-n-Rydberg Atomları Kullanılarak Mikroelektronvolt Enerjilerinde Elektron Molekül Saçılımı Çalışmaları // Phys. Rev. Letonya 1995 Cilt 75, No. 5. S. 810-813.
- Sorochenko R.L., Salomonovich A.E. Uzaydaki dev atomlar // Doğa. 1987. Sayı 11. S. 82.
- Dalgarno A. Astrofizikte Rydberg atomları // Rydberg atomların ve moleküllerin durumları: Per. İngilizceden. / Ed. R. Stebbins, F. Dunning. M.: Mir. 1985, s.9.
- Smirnov BM Uyarılmış atomlar. Moskova: Energoizdat, 1982. Ch. 6.
Bağlantılar
- Delaunay N. B. Rydberg atomları // Soros Eğitim Dergisi, 1998, Sayı 4, s. 64-70
- "Yoğunlaştırılmış Rydberg maddesi", E. A. Manykin, M. I. Ozhovan, P. P. Poluektov, "Priroda" N1 dergisinden makale, 2001.
Wikimedia Vakfı. 2010
Fizikçiler Mikhail Lukin ve Vladan Vuletic, fotonların bir moleküldeki parçacıklar gibi etkileşime girdiği bir deney gerçekleştirdiler. Şimdiye kadar, bunun yalnızca teoride mümkün olduğu düşünülüyordu.
Mikhail Lukin (Harvard) ve Vladan Vuletic (MIT), fotonları bağlayıp bir tür molekül oluşturmayı başardılar. Deneysel olarak, var olma olasılığı daha önce yalnızca teorik olarak düşünülen yeni bir madde durumu elde edildi. Çalışmaları dergide anlatılıyor Doğa 25 Eylül tarihli.
Lukin, bu keşfin, ışığın doğası hakkında onlarca yıldır biriken fikirlere ters düştüğünü söylüyor. Fotonlar geleneksel olarak kütlesi olmayan ve birbirleriyle etkileşime girmeyen parçacıklar olarak tanımlanır: eğer iki lazer ışını doğrudan birbirine doğru ateşlenirse, basitçe birbirlerinden geçerler.
Lukin, "Işığın bilinen özelliklerinin çoğu, fotonların kütlelerinin olmaması ve birbirleriyle etkileşmemelerinden kaynaklanmaktadır" diyor. "Ancak, fotonların o kadar güçlü bir şekilde etkileşime girdiği, kütleleri varmış gibi davranmaya başladıkları ve moleküller oluşturmak için birbirlerine bağlandıkları özel bir ortam türü yaratmayı başardık. Bu tip Bağlı devlet fotonlar teorik olarak oldukça uzun bir süredir tartışılmaktadır, ancak şu ana kadar gözlemlenmesi mümkün olmamıştır.
Lukin'e göre, uzay fantazisi yazarlarının çok sevdiği ışın kılıcı benzetmesi fazla abartılmayacak. Bu tür fotonlar etkileştiklerinde birbirlerini iterler ve yana doğru saparlar. Şu anda moleküllerde olan şey, bir filmdeki ışın kılıcı savaşı gibidir.
Lukin ve meslektaşları (Harvard'dan Ofer Fisterberg ve Alexei Gorshkov ve Massachusetts'ten Thibault Peyronel ve Qi Liang) normalde birbirine bağlanacak fotonları zorlamak için onlar için aşırı koşullar yarattı. Araştırmacılar rubidyum atomlarını bir vakum odasına pompaladılar, ardından bir lazer kullanarak atom bulutunu neredeyse mutlak sıfıra kadar soğuttular. Ultra zayıf lazer darbelerinin yardımıyla bu buluta tek fotonlar gönderdiler.
Lukin, "Bir foton, soğuk atomlardan oluşan bir buluta girdiğinde, enerjisi" yolda buluşan "atomları, fotonun hareketini keskin bir şekilde yavaşlatan bir uyarılma durumuna getirir" diyor. Bulutta hareket ederken, enerjisi atomdan atoma dolaşır ve sonunda fotonla birlikte buluttan çıkar. Bir foton bu ortamı terk ettiğinde kimliği korunur. Bu, ışığın bir bardak suda kırılmasıyla gözlemlediğimiz etkinin aynısıdır. Işık suya girer, enerjisinin bir kısmını çevreye aktarır ve içinde ışık ve madde olarak aynı anda var olur. Ama sudan çıktığında hala hafiftir. Fotonlarla yapılan deneyde, yaklaşık olarak aynı şey olur, ancak daha yüksek bir dereceye kadar: ışık önemli ölçüde yavaşlar ve ortama kırılma sırasında olduğundan daha fazla enerji aktarır.
Lukin ve meslektaşları buluta iki foton göndererek, bunların tek bir molekül olarak bir araya geldiklerini keşfettiler.
Lukin, "Bu etkiye Rydberg ablukası denir" diye açıklıyor. - Bir atom uyarılmış durumdayken, ona en yakın atomların aynı derecede uyarılmaması gerçeğinde yatmaktadır. Pratikte bu, iki foton bir atomik buluta girdiğinde, birincisinin bir atomu uyardığı, ancak ikinci fotonun komşusunu uyarmadan önce ilerlemesi gerektiği anlamına gelir. Sonuç olarak, iki fotonun enerjisi atomdan atoma geçerken, atom bulutu boyunca birbirlerini çekip iter gibi görünürler. Foton etkileşimi, atomik etkileşimden kaynaklanır. İki fotonun bir molekül gibi davranmasını sağlıyor ve büyük ihtimalle ortamı tek bir foton olarak bırakacaklar.”
Bu alışılmadık etkinin bir dizi pratik uygulaması vardır.
Lukin, "Bunu kendi zevkimiz için ve bilginin sınırlarını zorlamak için yapıyoruz" diyor. "Ancak fotonlar günümüzde kuantum bilgisini taşımanın en iyi yolu olmaya devam ettiğinden, sonuçlarımız büyük resme çok iyi uyuyor. Şimdiye kadar onları bu kapasitede kullanmanın önündeki en büyük engel, aralarında etkileşim olmamasıydı.”
Yaratmak kuantum bilgisayar, kuantum bilgisini depolayabilen ve kuantum mantık operatörlerini kullanarak işleyebilen bir sistem oluşturmak gereklidir. Buradaki ana zorluk, kuantum mantığının tek nicelikler arasında etkileşim gerektirmesidir, ardından sistem bilgileri işlemek için "açılabilir".
Lukin, "Bunun mümkün olduğunu gösterebildik" diyor. - Ama biz gelmeden önceçalışan bir kuantum anahtarı veya fotonik mantık oluşturmak için, sürecin verimliliğini henüz iyileştirmemiz gerekiyor; şimdi daha çok temel bir fikri gösteren bir örnek. Ama aynı zamanda büyük bir adımı da temsil ediyor: Bu çalışmanın ileri sürdüğü fiziksel ilkeler çok önemli.”
Araştırmacılar tarafından gösterilen sistem, çeşitli ortamlara olan ihtiyacın sürekli arttığı klasik hesaplamada bile yararlı olabilir. IBM dahil bazı şirketler, ışık sinyallerini elektrik sinyallerine dönüştürebilen optik yönlendiricilere dayalı sistemler üzerinde çalışıyor, ancak bu sistemlerin de sınırlamaları var.
Lukin ayrıca, grubu tarafından geliştirilen sistemin bir gün ışıktan üç boyutlu kristal benzeri yapılar oluşturmak için kullanılabileceğini öne sürdü.
"Nasıl uygulanabileceklerini henüz bilmiyoruz," dedi, "ama bu maddenin yeni bir hali; fotonik moleküllerin özelliklerini incelemeye devam ettikçe pratik anlamının ortaya çıkacağını umuyoruz.
malzemelere dayalı:
Ofer Firstenberg, Thibault Peyronel, Qi-Yu Liang, Alexey V. Gorshkov, Mikhail D. Lukin, Vladan Vuletić.
26 Eylül 2013, 01:41Dünyaya yeni bir ışıkla bakmak: Bilim adamları, benzeri görülmemiş bir madde formu yarattılar. (makalenin çevirisi)
- öğretici
Harvard ve Massachusetts'teki bilim adamları Teknoloji Enstitüsü(MIT - MIT) ışıkla ilgili genel kabul görmüş bakış açısını değiştiriyorlar ve bunun için çok çok uzaklardaki başka bir galaksiye uçmaları gerekmiyor.
Harvard-Massachusetts Ultracold Atoms Merkezi'ndeki meslektaşlarıyla birlikte çalışan bir grup Harvard fizik profesörü Mikhail Lukin ve MIT fizik profesörü Vladan Vuletich, daha önce yalnızca saf teoride maddenin bir hali olan bir molekül oluşturmak için fotonları birbirine bağlayarak konuşmayı başardılar. Çalışma, 25 Eylül Nature makalesinde anlatılıyor.
Lukin'e göre keşif, ışığın doğasının altında yatan on yıllık geleneksel bir çelişkiyi ortaya koyuyor. "Fotonlar uzun zamandır birbirleriyle etkileşime girmeyen kütlesiz parçacıklar olarak düşünüldü - sonuçta, iki lazer ışınının parlaması sadece birbirinin içinden geçiyor" diyor.
Bununla birlikte, "fotonik moleküller", geleneksel lazerler gibi davranmazlar, daha çok bilim kurgu sayfalarındaki ışın kılıçları gibi davranırlar.
"Işığın bilinen özelliklerinin çoğu, fotonların kütlelerinin olmaması ve birbirleriyle etkileşmemelerinden kaynaklanmaktadır. Yaptığımız şey, fotonların birbirleriyle o kadar güçlü bir şekilde etkileşime girmeye başladıkları özel bir ortam türü yaratmaktı. kütleleri varmış gibi davranmak ve moleküller halinde birbirine bağlanmak.
Bu tür bir fotonik eşleşme durumu teorik olarak bir süredir tartışılıyor, ancak henüz gözlemlenmedi.
Işın kılıçlarıyla doğrudan bir benzetme yapmamalısın," diye ekliyor Lukin. "Bu fotonlar birbirleriyle etkileşime girdiklerinde birbirlerini iter ve yansıtırlar. Bu moleküllerde olanların fiziği, filmlerde gördüğümüze benziyor.”
Ancak Ofer Fisterberg, Alexei Gorshkov, Thibault Peyronel ve Chi-Yu Lian da dahil olmak üzere Lukin ve meslektaşlarının "Gücü" kullanma fırsatı yoktu, bir dizi aşırı koşul kullanmak zorunda kaldılar.
Araştırmacılar, rubidyum atomlarını bir vakum odasına pompalayarak başladılar, ardından atom bulutunu minimuma, mutlak sıfırın hemen üzerine soğutmak için lazerler kullanarak, son derece zayıf lazer darbeleri kullanarak, atom bulutuna tek bir foton ateşlediler.
"Bir foton ortamı terk ettikten sonra kimliğini korur" - Lukin. "Işığın bir bardak sudan geçerken gördüğümüz ışığın kırılmasına benzer. Işık suya nüfuz eder ve enerjisinin bir kısmını ortama saçar, ancak içinde ışık ve madde birbirine bağlı olarak var olur ve çıktığında ışık olmaya devam eder. Burada, yaklaşık olarak aynı işlem gerçekleşir, yalnızca daha soğuktur - ışık büyük ölçüde yavaşlar ve kırılma sırasında olduğundan çok daha fazla enerji açığa çıkarır.
Lukin ve meslektaşları buluta iki foton fırlattıklarında, çıkıştaki fotonların birleşerek tek bir molekül haline gelmesine şaşırdılar.
Onları daha önce hiç görülmemiş molekülü oluşturan neydi?
Lukin, "Bu etkiye Rydberg blokajı denir," dedi, "bu, bir atom uyarıldığında atomların durumunu tanımlar - komşu atomlar aynı derecede uyarılamaz. Pratikte bu etki, iki fotonun atomik bir atoma girer girmez olduğu anlamına gelir. bulut, ilk foton atomu heyecanlandırır, ancak ikinci fotonun komşu atomları uyarabilmesi için önde olması gerekir.
Sonuç olarak, onun sözleriyle, enerjileri bir atomdan diğerine aktarılırken, iki fotonun bulut boyunca birbirini çekip ittiği ortaya çıktı.
Lukin, "Bu, atomik bir etkileşimin aracılık ettiği bir foton etkileşimi" diyor. "Bu, fotonların moleküller gibi davranmasına neden oluyor ve ortamdan ayrıldıklarında, bunu tek fotonlar yerine birlikte yapma olasılıkları daha yüksek."
Etkisi olağandışı olsa da bunun için pratik uygulamalar mümkündür.
Lukin, "Bunu eğlence için (eğlence için) ve bilimin sınırlarını zorladığımız için yaptık" diyor.
"Fakat yaptığımız şeyin daha büyük resmine uyuyor çünkü fotonlar, kuantum bilgisini iletmek için mümkün olan en iyi ortam olmaya devam ediyor. Ana dezavantaj, fotonların birbirleriyle etkileşime girmemesiydi.
Bir kuantum bilgisayar oluşturmak için," diye açıklıyor, "araştırmacıların kuantum bilgilerini depolayabilen ve kuantum mantık işlemlerini kullanarak işleyebilen bir sistem oluşturmaları gerekiyor.
Ancak sorun, kuantum mantığının bireysel nicelikler arasında etkileşim gerektirmesiydi, böylece bu kuantum sistemleri bilgi işlemeyi gerçekleştirmek için geçiş yapabilir.
Harvard profesörü Mikhail Lukin, "Bu süreçte gösterdiklerimiz, daha da ileri gitmemizi sağlayacak" dedi.
"Bir kuantum anahtarının veya bir fotonik mantık dönüştürücünün pratik uygulamasına geçmeden önce, performansı iyileştirmemiz gerekiyor, yani bu hala bir kavram kanıtı düzeyinde, ancak bu önemli bir adım.
Burada oluşturduğumuz fiziksel prensipler önemlidir. Sistem, şu anda çip üreticilerinin yaşadığı güç kayıplarını azaltmak için klasik bilgi işlemde de yararlı olabilir.
IBM dahil bazı şirketler, ışık sinyallerini elektrik sinyallerine dönüştüren optik yönlendiricilere dayalı sistemler geliştirdiler, ancak bazı zorluklarla karşılaştılar.
Lukin ayrıca sistemin bir gün tamamen ışıktan karmaşık bir üç boyutlu yapı - örneğin bir kristal - oluşturmak için kullanılabileceğini öne sürdü.
"Ne işe yarayacağını henüz tam olarak bilmiyoruz, ancak bu maddenin yeni bir hali, bu yüzden bu fotonik moleküllerin özelliklerine yönelik araştırmalarımızı sürdürürken bunun için uygulamaların ortaya çıkabileceğini umuyoruz" dedi. .
Harvard Üniversitesi (2013, 25 Eylül). Işığı yeni bir ışıkta görmek: Bilim adamları daha önce hiç görülmemiş bir madde formu yaratıyor. Günlük Bilim. Erişim tarihi: 25 Eylül 2013
Şimdiye kadar varlığı yalnızca teorik tartışmalara konu olan egzotik bir molekül, sonunda Stuttgart Üniversitesi'nden (Universität Stuttgart) Vera Bendkowsky liderliğindeki uluslararası bir bilim adamları ekibi tarafından elde edildi. Açılış yeni takviye kuantum teorisi Alışılmadık koşullar altında elektronların davranışını tanımlar.
Yeni molekül, biri sıradan bir atom, diğeri bir Rydberg atomu olan iki rubidyum atomundan "yapıldı". Bu, dış kabuğundaki elektronlardan birinin oldukça uyarılmış durumda olduğu anlamına gelir.
Rydberg atomlarının kendileri sıra dışı nesnelerdir. Elektron kabuğu belirli bir dalga boyuna sahip bir lazer ışınına maruz bırakıldığında elde edilirler. Basitçe söylemek gerekirse, bir Rydberg atomunun elektronlarından biri çekirdekten diğer tüm atomlardaki elektronlardan çok daha büyük bir mesafeyle uzaklaşır, ancak yine de onunla ilişkili olmaya devam eder.
Colorado Üniversitesi'nde teorik bir fizikçi olan Chris Greene ve birkaç meslektaşı, 1970'lerde Rydberg ve normal atomların moleküller oluşturmak için etkileşime girebileceğini tahmin ettiler. Ancak bu etkileşimi sağlayan elektron ana atomundan oldukça uzakta olduğu için ortaya çıkan Kimyasal bağ- alışılmadık derecede zayıftır, bu nedenle normal koşullar altında Rydberg molekülü var olamaz.
2000 yılında, Chris Green'in de dahil olduğu bir grup araştırmacı, iki atomlu Rydberg rubidyum molekülünün konfigürasyonunu hesapladı ve benzerlik nedeniyle ona trilobit adını verdi. Grafik sunum eski bir yaratıkla dış elektron kabuğu. Soldaki şekil, uzayda belirli bir noktada bir dış değerlik elektronu bulma olasılığını yansıtan bu uzamsal grafiği gösterir ve sağda trilobitin kendisini görebilirsiniz (Greene, Dickinson, Sadeghpour'un çizimi, colorado'dan fotoğraf. eğitim).
Sonunda böyle egzotik bir molekül yaratabilmek için atomları mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutma tekniğini mükemmelleştirmek uzun yıllar aldı.
Bu tam olarak Bendkowski ve meslektaşlarının yaptığı şeydi. Vera şöyle açıklıyor: "Elektronik alanların birbirini "bulması" ve etkileşime girmesi için atomların çekirdekleri birbirinden doğru uzaklıkta olmalıdır. Sıcaklık düştükçe gaz atomlarının birbirine yaklaştığı ultra soğuk bir rubidyum bulutu kullandık.”
Bilim adamları bir lazer kullanarak bu atomların bazılarını Rydberg durumuna dönüştürdüler. Sıfıra çok yakın bir sıcaklıkta, bu "kritik mesafe" yaklaşık 100 nanometre idi.
Bir molekülü oluşturan iki atom arasındaki bu mesafe normalden yaklaşık 1000 kat daha fazladır (onlarca ve yüzlerce pikometre). Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, mutlak sıfırda bile Rydberg molekülleri çok kararsızdır. Deneyde elde edilen en uzun ömürlü olanı 18 mikrosaniye sürmüştür.
1934'te büyük Fermi, bir atomun "gezgin" bir elektronla karşılaşması durumunda onunla etkileşime girebileceğini tahmin etmişti. Ancak Green, Fermi'nin bu tür bir süper zayıf bağa sahip bir molekül oluşturacak kadar ileri gitmediğini açıklıyor.
Deneyim ayrıntıları şurada bulunabilir:
Stronsiyum-84 atomlarının Bose-Einstein yoğunlaşmasında, bir elastik deformasyon bulutu ile çevrili Rydberg atomları olan polaronlar görünebilir. Bu etki pratikte görüldü ve Avusturya ve ABD'den fizikçiler tarafından teorik olarak doğrulandı. Makale yayınlandı Fiziksel İnceleme Mektupları, çalışmanın bir ön baskısı arXiv.org adresinde mevcuttur.
Yavaş bir elektron bir dielektrik içinden geçtiğinde, atomlarıyla etkileşime girer ve kafesi deforme eder (polarize eder). Bir elektron hareket ettiğinde, deformasyon bölgesi de onunla birlikte kayar ve elektronun sürekli olarak bir fonon bulutu ile çevrili olduğu ortaya çıkar. Dahası, ortaya çıkanın ikinci dereceden bir spektruma sahip olduğu, yani bir miktar etkili kütleye sahip olduğu ortaya çıktı (“sıradan” bir elektron-kuasipartikülün kütlesinden biraz daha büyük). Böyle bir yarı parçacık denir polaron. Bu yarı parçacık ile karıştırılmamalıdır kutuplaşma fotonların ortamın temel uyarımlarıyla (fononlar, eksitonlar, plazmonlar, magnonlar vb.) Etkileşiminden kaynaklanır.
Polaronlar yalnızca dielektriklerde değil, aynı zamanda metallerde, yarı iletkenlerde, iyonik kristallerde ve hatta ferromanyetlerde de ortaya çıkar (bkz. Elbette farklı malzemelerdeki polaronların özellikleri farklıdır. Polaronlar oynuyor önemli rol iyonik kristallerin ve polar yarı iletkenlerin iletkenliğini, organik yarı iletkenlerde spin taşınımını ve iki boyutlu malzemelerde optik absorpsiyonu açıklamak.
Bu makalede, Thomas Killian liderliğindeki bir ekip, stronsiyum-84 atomlarındaki Rydberg polaronlarının spektroskopik gözlemlerini bildiriyor. Bu tür polaronlarda, Rydberg atomu, elektronun çok güçlü bir şekilde uyarıldığı, yani ana kuantum sayısının çok büyük bir değerine sahip bir seviyede olduğu bir atom olan "çekirdek" görevi görür. . Sonuç olarak, atomun içi, tek bir pozitif yüke ve büyük bir kütleye sahip etkili bir parçacık olarak görülebilir ve bir bütün olarak, atom, sıradan bir hidrojen atomuna güçlü bir şekilde benzer.
İlk olarak, araştırmacılar, bir stronsiyum atom bulutunu lazer ışınlarıyla (bir optik dipol tuzağı) yakalayarak ve onu yaklaşık 150 nanokelvine kadar soğutarak bir Bose kondensatı hazırladılar. Böyle bir yoğunlaşmada komşu atomlar arasındaki ortalama mesafe yaklaşık 80 nanometre idi. Daha sonra bilim adamları, 689 ve 319 nanometre dalga boyuna sahip kısa (bir mikrosaniye mertebesinde) lazer flaşları kullanarak atomları iyonize ettiler. Sonuç olarak, stronsiyum atomunun dış kabuğundaki elektronlardan biri aktarılır. S-yörüngeler P-orbital ve sonra atladı S-daha yüksek yörünge N-inci kabuk. Son olarak, bilim adamları Bose yoğunlaşmasının doğrusal tepkisini ölçtüler, yani zemin (uyarılmamış) ve uyarılmış durumlar arasındaki geçişin genliğinin uyarılma frekansına nasıl bağlı olduğunu buldular. Sonuç olarak araştırmacılar, düşük frekanslarda yanıtın Gauss dağılımına (şekildeki gölgeli alanlar) uygun olarak büyüdüğünü ve maksimuma ulaşıldığında spektrumun neredeyse sabit hale geldiğini buldular.
Doğrusal yanıtın uyarma frekansına bağımlılığı Farklı anlamlar Ana kuantum sayısı N Rydberg atomu bir polaron oluşturuyor. Çizgiler teorik olarak hesaplanan bağımlılığı, noktalar ise deneysel verileri gösterir.
F. Camargo ve ark. / Phys. Rev. Letonya
Bilim adamları ayrıca polaronların oluşumunu açıklamak için stronsiyum atomlarının yoğunlaşmasını sayısal olarak incelediler. Gerçekten de, bir Bose kondensatına yerleştirilmiş bir Rydberg atomunun Hamiltoniyen'ini yazıp köşegenleştirerek, polaron spektrumu (Fröhlich Hamiltoniyen) elde edilebilir. Bunu yapmak için fizikçiler, fonksiyonel belirleyicilerin hesaplanmasına dayalı önceden geliştirilmiş bir yaklaşımı (fonksiyonel belirleyici yaklaşım, FDA) kullandılar. Teorik olarak hesaplanan bağımlılık, deneysel verileri iyi açıkladı ve Gauss kısmı polaronların oluşumuna karşılık geldi.
Genel olarak konuşursak, fizikçiler genellikle rubidyum-87 atomlarının Bose yoğunlaşmasıyla çalışırlar ve daha önce makalenin yazarları, içindeki polaronları ayırt etmeye çalışmışlardı. Ancak elektron kabuklarının özelliklerinden dolayı ( -dalga şekli rezonans) Rubidyumun Rydberg atomlarının absorpsiyon spektrumu, seviye sayısına güçlü bir şekilde bağlıdır. N, elektronun bulunduğu ve bu, deneysel verilerde polaronlara karşılık gelen rezonansların tanınmasını zorlaştırır. Stronsiyum-84 atomlarının bir yoğuşmasında bu tür problemler ortaya çıkmaz.
Geçen yılın sonunda, Kuantum Elektroniği Enstitüsü'nden İsviçreli fizikçiler, Bose'daki rubidyum-87 atomlarının yoğuşması, Higgs ve Goldstone salınım modları olmasına rağmen, genellikle bu modlardan biri bastırılır. Bunu yapmak için, lazer ışınlarının yardımıyla yoğunlaşmayı tuttular ve Bragg spektroskopisi kullanarak içinde ortaya çıkan uyarılmaları izlediler.
Dmitry Trunin
- Konuyla ilgili konuşmanın gelişimi üzerine sunum: "Okul öncesi çocuklar için konuşma oyunları ve alıştırmalar" (yaşa göre) Okul öncesi çocukların konuşma gelişimi sunumunu indirin
- "Kar ve kar" A. Blok. Alexander Blok - Kar ve kar: Evden karlı genişliğe şiir
- Okul öncesi çocuklar için ekolojik masallar Çocuklar için havada kim yaşıyor hikayesi
- Bir çocukta doğru ve yetkin konuşma nasıl geliştirilir?