Мезоскопический сизиф

18.10.2013 Hi-tech

Сотрудничество лазерного излучения с веществом обширно употребляется для охлаждения ядерных газов до сверхнизких температур. Методика лазерного охлаждения занимает центральное место в современной ядерной физике.

Она уже отыскала множество приложений, включая ядерную оптику и интерферометрию, ядерную литографию, спектроскопию большого разрешения, бозе-эйнштейновскую конденсацию и пр. Одной из ее разновидностей есть так именуемое “сизифово охлаждение” (Sisyphus cooling): подобно камню мифического персонажа, атом раз за разом, чуть достигнув вершины периодического потенциального рельефа, скатывается на его дно (рис.1).

Рис.1. “Сизифово охлаждение” атомов.

(a) При перемещении атома в периодическом потенциале его потенциальная энергия переходит в кинетическую и обратно, в то время как полная энергия остается постоянной. По окончании каждого периода скорость атома (красная стрелка) не изменяется.

(b) Дабы охладить атом, необходимо забрать у него энергию. Для этого применяют два лазерных пучка, направленных навстречу друг другу. Интерферируя, они образуют потенциальный рельеф, в котором энергия двух ядерных уровней (зеленые линии) иногда зависит от его координаты.Мезоскопический сизиф Частоту лазерного излучения подбирают так, дабы атом поглощал фотон, лишь пребывав в максимуме потенциала.

Наряду с этим атом сперва переходит в возбужденное состояние (вертикальная красная стрелка), а после этого опускается в минимум потенциала, испуская фотон (вертикальная светло синий стрелка). В следствии энергия атома значительно уменьшается на величину, равную разности энергий испущенного и поглощенного фотонов. По окончании каждого для того чтобы цикла перемещение атома замедляется, другими словами он охлаждается.

Рис.2. усиление и Сизифово охлаждение мезоскопических цепей.

Изображены атома кубита и зависимости (энергий) от тока в цепи. Цикл 1234 – охлаждение. Цикл 1’2’3’4′ – усиление. Вертикальные стрелки обозначают испускания и процессы поглощения квантов микроволнового излучения

В работе [1] предложено уникальное обобщение данной методики на охлаждение мезоскопических электронных устройств. Роль естественных атомов наряду с этим игрались двухуровневые “неестественные атомы” (кубиты), представлявшие собой микронные сверхпроводниковые компоненты квантовой цепи, а электрический ток через цепь делал функцию Сизифа, которому наряду с этим “мешало” резонансное микроволновое излучение (рис. 2).

Примечательно, что та же мысль может употребляться не только для “сизифова охлаждения”, но и для “сизифова усиления”: камень (кубит) скатывается с горы (переходит на нижний энергетический уровень), а после этого поднимается обратно микроволновым фотоном (рис. 2). Просматривается большое количество разных применений предложенной в [1] методики.

К примеру, ее возможно применять для охлаждения наноразмерного механического резонатора, что разрешит замечать переход резонатора из хорошего режима колебаний в квантовый.

  • 1. M. Grajcar et al., Nature Phys. 4, 612 (2008)

Случайные записи:

Immortal на халяву после каждого боя!!!


Похожие статьи, которые вам понравятся: