Streszczenie W13 Spektroskopia nasyceniowa  selekcja prędkości + nasycenie 0 Laser T D   0 kz Spektroskopia dwufotonowa.

Slides:



Advertisements
Podobne prezentacje
Podsumowanie modelu wektorowego:
Advertisements

Wykład III Wykorzystano i zmodyfikowano (za zgodą W. Gawlika)
Podstawowe treści I części wykładu:
Optyczne metody badań materiałów
Podsumowanie W6ef. Zeemana ef. Paschena-Backa
Streszczenie W10: dośw. Sterna-Gerlacha (wiązka atomowa – kwantyzacja
Streszczenie W10: Metody doświadczalne fizyki atom./mol. - wielkie eksperymenty Dośw. Francka-Hertza – kwantyzacja energii wewnętrznej atomów dośw.
 Podsumowanie W12 Lasery w spektroskopii atomowej/molekularnej
Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł /20111 W ł asno ś ci optyczne atom – cz ą steczka – kryszta ł R. Eisberg, R. Resnick, „Fizyka kwantowa…”
Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05. wykład 141/20 Streszczenie W13 pułapki jonowe: – siły Kulomba  pułapki Penninga, Paula  kontrolowanie.
Podsumowanie W1 Hipotezy nt. natury światła
Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 141/21 Streszczenie W13 pułapki jonowe: – siły Coulomba  pułapki Penninga, Paula  kontrolowanie.
ﴀ Wojciech Gawlik – Wstęp do Fizyki Atomowej, 2004/05, Wykład 21/19 Podsumowanie W1: model Bohra – zalety i wady  mech. kwant. stanów jednoelektronowych.
Przekształcanie jednostek miary
EFEKT FOTOELEKTRYCZNY ZEWNĘTRZNY I WEWNĘTRZNY KRZYSZTOF DŁUGOSZ KRAKÓW,
Zasada zachowania energii
Spektroskopia Ramana dr Monika Kalinowska. Sir Chandrasekhara Venkata Raman ( ), profesor Uniwersytetu w Kalkucie, uzyskał nagrodę Nobla w 1930.
TECHNOLOGIE MIKROELEKTRONICZNE Dr inż. Krzysztof Waczyński, Instytut Elektroniki, Politechnika Śląska, Akademicka 16, Gliwice (
Dlaczego boimy się promieniotwórczości?
Dyfrakcja elektronów Agnieszka Wcisło Gr. III Kierunek Zarządzanie i Inżynieria Produkcji Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Katedra Ekonomiki i Zarządzania.
Kwantowy opis atomu wodoru Łukasz Palej Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Kierunek Górnictwo i Geologia Kraków, r
Ciepło właściwe - przypomnienie H = U + pV - entalpia.
Prąd elektryczny Wszystkie atomy i cząsteczki w naszym otoczeniu są w nieustannym ruchu. Ten ruch, bez względu na to, czy atomy są naładowane czy nie jeszcze.
Doświadczenie Michelsona i Morleya Monika Wojciechowska II stopnień ZiIP Grupa 3.
Radosław Stefańczyk 3 FA. Fotony mogą oddziaływać z atomami na drodze czterech różnych procesów. Są to: zjawisko fotoelektryczne, efekt tworzenie par,
Fizyka doświadczalna - elektromagnetyzm. Program wykładu: 1.Ładunek elektryczny ■ Ziarnista struktura ładunków ■ Prawo zachowania ładunku ■ Niezmienność.
Teoria Bohra atomu wodoru Agnieszka Matuszewska ZiIP, Grupa 2 Nr indeksu
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne i wewnętrzne
Analiza spektralna. Laser i jego zastosowanie.
Pole magnetyczne Magnes trwały – ma dwa bieguny - biegun północny N i biegun południowy S.                                                                                                                                                                     
Własności elektryczne materii
Elektron(y) w atomie - zasada nieoznaczoności Heisenberga - orbital atomowy (poziom orbitalny) - kontur orbitalu - reguła Hunda i n+l - zakaz Pauliego.
Izolatory i metale – teoria pasmowa ciał stałych
Zaawansowane materiały – materiały fotoniczne
Binarny sumator. Binarny sumator Konieczność zmniejszania wymiarów Dominacja efektów kwantowych.
 W’k  0 dla stanów z określoną parzystością !
Optyka geometryczna.
Elektryczność i Magnetyzm
Podsumowanie W Obserw. przejść wymusz. przez pole EM
Optyczne metody badań materiałów
Optyczne metody badań materiałów
Materiały magnetooptyczne c.d.
Podsumowanie W9 - Oddz. atomów z promieniowaniem EM
Streszczenie W9: stany niestacjonarne
Optyczne metody badań materiałów – w.2
Podsumowanie W11 Obserw. przejść wymusz. przez pole EM tylko, gdy  różnica populacji. Tymczasem w zakresie fal radiowych poziomy są ~ jednakowo obsadzone.
Podsumowanie W6: atom w polu magnetycznym – dodatk. człon:
Podsumowanie W5: Magnetyzm atomowy: efekt Zeemana
Streszczenie W Atomowa JZ wg. WG pułapki jonowe: – siły Kulomba
Streszczenie W9: stany niestacjonarne
 Podsumowanie W12 Lasery w spektroskopii atomowej/molekularnej
Streszczenie W10: dośw. Sterna-Gerlacha (wiązka atomowa – kwantyzacja
Podsumowanie W7 nowoczesne elementy opt. (soczewki gradientowe, cieczowe, optyka adaptacyjna...) Interferencja: założenia – monochromatyczność, stałość.
 Podsumowanie W12 Lasery w spektroskopii atomowej/molekularnej
Streszczenie W7: wpływ jądra na widma atomowe:
Podsumowanie W11 Obserwacja przejść rezonansowych wymuszonych przez pole EM jest możliwa tylko, gdy istnieje różnica populacji. Tymczasem w zakresie.
Streszczenie W9: stany niestacjonarne
Streszczenie W8: Widma molekularne: Oddziaływanie atomów z polami EM:
Doświadczenie Lamba-Retherforda – pomiar przesunięcia Lamba
Podsumowanie W2: V  Vc + Vnc
Podsumowanie W3  E x (gdy  > 0, lub n+i, gdy  <0 )
Podsumowanie W1 Hipotezy nt. natury światła
Podsumowanie W1: model Bohra – zalety i wady
Streszczenie W10: dośw. Sterna-Gerlacha (wiązka atomowa – kwantyzacja
Streszczenie W7: wpływ jądra na widma atomowe:
Podsumowanie W3  E x klasyczny model oddz. atomu z polem E
Podsumowanie W5: J L S  model wektorowy: jeśli , to gdzie
Streszczenie W8: Widma molekularne: Oddziaływanie atomów z polami EM:
 Podsumowanie W3: US J 1s,nl Hel (bez spinu): H0 = H1+H2 H’
Zapis prezentacji:

Streszczenie W13 Spektroskopia nasyceniowa  selekcja prędkości + nasycenie 0 Laser T D   0 kz Spektroskopia dwufotonowa Parity 2 (+) 1 (+) ħ2 ħ1 = ħ(2 + k• – k•) = 2 ħ  21 2 N2() Pułapki jonowe: – siły Kulomba  pułapki Penninga, Paula  pojedyncze jony mogą być pułapkowane i oglądane Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

Przeskoki kwantowe Obserwacja 1989 H. Dehmelt Mech. Kwant. przewiduje eksponencjalną lub periodyczną zależność Pif(t), ale to dotyczy prawdopodobieństw. W konkretnej realizacji nieciągłe przeskoki kwantowe Obserwacja – 1 atom (jon) z przejściem dozwolonym i wzbronionym ze stanu podst., wzbudzanymi jednocześnie dwiema wiązkami świetlnymi: 1 kwant niebieski steruje strumieniem fotonów fioletowych: Idet czas Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

w National Phys. Lab. Teddington (U. K w National Phys. Lab. Teddington (U.K.)  „global atomic clock” (Dehmelt) przy pomocy elektrycznego oktupolowego promieniowania (E3) Zderzenia  pojedynczy jon Yb+ w pułapce Paula Eksperyment 467 nm  369 nm 2S1/2 2P1/2 2D5/2 2F7/2 Yb+ -1  10-10 s 5 15 10 L # skoków 270 271 272 273 MHz 1 2 3 -504 -502 -500 -498 MHz 172 Yb+ 171 Yb+ Linie widmowe E3: Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

20 000 fotonów do zatrzymania Jak chłodzić atomy? Podstawy chłodzenia i pułapkowania atomów światłem laserowym –   1997  S.Chu,C.Cohen-Tannoudji,W.Phillips CHŁODZENIE ATOMÓW FOTONAMI (siły spontaniczne): atomy sodu: M=23,  = 590 nm v = 600 m/s (@ 400 K) wiązka lasera wiązka atomów po zabsorb. 1 fotonu: vR = ħk/M = 3 cm/s 20 000 fotonów do zatrzymania @ I = 6 mW/cm2 czas zatrzymania: 1 ms droga hamowania: 0,5 m przyspieszenie: 106 m/s2 p =  ħ kabs -  ħ kem = N ħ kL – 0 Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

GAZ ATOMOWY ? dwie przeciwbieżne wiązki laserowe (ta sama częstość; L < 0) 0 L L Dla L< 0, efekt Dopplera dostraja atomy do rezonansu z przeciwbieżnymi wiązkami 0 L siła Fotony pochłonięte mają energię mniejszą niż reemitowane opóźniająca siła (chłodzenie)  Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

Wypadkowa siła: F  -v siła chłodzenie Dla małych prędkości: vz siła Dla małych prędkości: F  -v chłodzenie „lepkość”  OPTYCZNA MELASA zerowa siła dla v=0 Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

B(x) zimne atomy? Jak pułapkować + -  siła zależna od położenia: pułapka atomowa F(x)  -x  siła zależna od położenia: Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

? 1-D  3-D I Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

   Pomiar temperatury: czas przelotu N  106 at. Rb85, T  100 K Pomiar temperatury:    Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

Ograniczenia ? A) temperatury B) gęstości atomów chłodzenie - p = NħkL średnia prędkość = 0 absorpcja - em. spont.  grzanie  dyfuzja pędu dyspersja prędkości  0 kBTD=D/k=ħ/2  granica Dopplera   (Na: 240 K, Rb: 140 K) kabs kem   uwięzienie promieniowania B) gęstości atomów max = 1011 – 1012 at/cm3 Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

(reaktywne – nie chłodzą!) Siły dipolowe pole E  polaryzacja ośrodka: Dind=  E  oddz. D • E = - E2  I(r)   0 < > adresowanie q-bitów ? kBT I(r) U(r) r  > 0 I(r) U(r) r  < 0 Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

Jeszcze niższe temperatury niż w MOT? emisja spont. ~100 - 10 K limit „ciemne pułapki” – bez światła optyczne U=-DE magnetyczne U=-B siły dipolowe nie chłodzą!  odparowanie  100 nK 100 K 300 K MOT MT Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

III zasada termodynamiki Nie można osiągnąć Zera Absolutnego ! III zasada termodynamiki możemy się tylko zbliżać: 300 K  30 cm 100 K  10 cm 1 K  1 mm Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

Obserwacja – diagnostyka: 400 nK 200 nK 50 nK kondensacja Bosego –Einsteina Rb87 1995 - E. Cornell & C. Wieman (JILA) Rb87 R. Hulet (Rice) Li7 W. Ketterle (MIT) Na23 kondensat Bosego-Einsteina (1924-25) bozony (F=0, 1, 2, ...) Charakterystyki kondensatu: wąskie maksimum w rozkładzie prędkości ampl. maksimum  gdy T kształt chmury odtwarza kształt studni potencjału Nobel 2001 Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

Kondensacja 1o rozkład populacji dla bozonów: = energia, m = pot. chem. , b = 1/kBT normalizacja liczby cząstek: (r(e) = gęstość stanów energ.) poniżej temp. krytycznej:  całka << N,  większość cząstek w stanie podst. Ketterle, PRL 77, 416 (1996) Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie Kondensacja 2o Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie (Nobel 1929) fale materii: gęstość n, śr. odl. cząstek: n -1/3 degeneracja kwantowa, gdy Rzędy wielkości: gaz atomowy @ 900K, n  1016cm-3, n -1/3  10-7 m, dB  10-12 m dB << n -1/3 104 atomów w typowej pułapce: Tc ~ 100 nK dB  n -1/3  cały atom – bozon lub fermion (całkowity kręt! – np. F) atomy w pułapce: - poziomy energetyczne skwantowane - „efekt wysoko-temperaturowy”: Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

Doświadczenia z BEC: Optyka fal materii (dB=h/mv) – Optyka Atomów spójne fale  interferencja ”laser atomowy” MIT NIST MPQ Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

boson/fermion, fermion/fermion Zimne fermiony (F=1/2, 3/2, 5/2, ...)  nie termalizują (zakaz Pauliego)  chłodzenie pośrednie boson/fermion, fermion/fermion  1999 D. Jin (JILA) K40 2001 R. Hulet (Rice)  Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

Fizyka ultra-rzadkiej materii skondesowanej : * sieci optyczne: 1D 3D * Nadciekłość Wiry: Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

* Przejście fazowe Motta Fizyka ultra-rzadkiej materii skondesowanej : * Przejście fazowe Motta atomy uwolnione z sieci interferują, gdy spójne spójność f. falowej kondensatów w różnych węzłach  nadprzewodnictwo spójność niszczy zwiększenie bariery potencjału proces odwracalny: nadprzewodnik-izolator- nadprzewodnik [MPQ – Garching] Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

micro – BEC (Garching & Tubingen) 6000 87Rb atomów czas ładowania 8 s czas chłodzenia 2,1 s prąd 2A Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

“Całkowicie optyczny” kondensat May 2001, M. Chapman (GeorgiaTech) Optyczna pułapka dipolowa U= -DE (światło nierezonansowe, aby uniknąć em. spont.) różne stany magnetyczne (dośw. Sterna-Gerlacha) Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

  Model Bohra, liczby kwantowe. Stabilność orbit atomowych a relacja nieoznaczoności. Defekt kwantowy, poziomy energetyczne atomów wieloelektronowych. Przybliżenie pola centralnego. Kolejność zapełniania powłok elektronowych, układ okresowy pierwiastków. Efekty wymiany, poziomy energetyczne atomu helu. Struktura subtelna, oddziaływanie spin-orbita, sprzężenie L-S i j-j. Podstawy modelu wektorowego, zastosowanie do ef. Zeemana, czynnik Landego Magnetyzm atomowy, efekty Zeemana i Paschena-Backa, pola pośrednie. Struktura nadsubtelna, efekt izotopowy, ef. Backa-Goudsmita. Atom w polu elektrycznym. Struktura poziomów energetycznych i widma cząsteczek. Przybliżenie dipolowe, reguły wyboru. Stany niestacjonarne, rezonans optyczny, polaryzacja w ef. Zeemana. Doświadczenie Francka-Hertza (jak i po co?). Doświadczenie Sterna-Gerlacha (jak i po co?). Doświadczenie Lamba-Retherforda (jak i po co?). Ograniczenia dokładności pomiarów spektroskopowych i sposoby ich eliminacji. Pompowanie optyczne (podstawy i zastosowania). Spektroskopia laserowa, nasycenie i selekcja prędkości i ich zastosowania do eliminacji rozszerzenia dopplerowskiego. Pomiar przesunięcia Lamba stanu 1S (dlaczego i jak?) Pułapki jonowe (jak i po co?). Przeskoki kwantowe i ich obserwacja. Siły optyczne, chłodzenie i pułapkowanie neutralnych atomów. Atomy bozonowe i fermionowe w ultra niskich temperaturach. Tematy na egzamin Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14