Name: Enfriar un ópticamente Atrapado ultrafrías Fermi de gas por conducción periódica (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 21 s
Description: Aprende el método de enfriamiento paramétrico para gases de Fermi ultrafríos en trampas ópticas mediante modulación periódica de la intensidad láser. Esta técnica permite alcanzar temperaturas en el régimen de microKelvin con alta eficiencia.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Agradecemos a Ji Liu y Wen Xu por participar en la configuración experimental. Le Luo es miembro del Centro de Simetrías Espacio-Temporales de la Universidad de Indiana (IUCSS). Este trabajo contó con el apoyo de la IUPUI y la IUCRG.

<ol><li>Petrich, W., Anderson, M. H., Ensher, J. R., Cornell, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable%2C+tightly+confining+magnetic+trap+for+evaporative+cooling+of+neutral+atoms%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Stable, tightly confining magnetic trap for evaporative cooling of neutral atoms.</a> Phys. Rev. Lett. 74 (17), 3352(1995).</li>
<li>Ketterle, W., Druten, N. J. V. Evaporative cooling of trapped atoms. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKetterle%2C+W+%22Advances+in+Atomic%2C+Molecular%2C+and+Optical+Physics%22">Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics</a>. Bederson, B., Walther, H., et al. 37, Academic Press 181-236 (2003).</li>
<li>Truscott, A. G., Strecker, K. E., McAlexander, W. I., Partridge, G. B., Hulet, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+Fermi+pressure+in+a+gas+of+trapped+atoms%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Observation of Fermi pressure in a gas of trapped atoms.</a> Science. 291 (5513), 2570-2572 (2001).</li>
<li>DeMarco, B., Jin, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Onset+of+Fermi+degeneracy+in+a+trapped+atomic+gas%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Onset of Fermi degeneracy in a trapped atomic gas.</a> Science. 285 (5434), 1703-1706 (1999).</li>
<li>Granade, S. R., Gehm, M. E., O'Hara, K. M., Thomas, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((All-optical+production+of+a+degenerate+Fermi+gas%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">All-optical production of a degenerate Fermi gas.</a> Phys. Rev. Lett. 88 (12), 120405(2002).</li>
<li>Luo, L., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/8/9/213">Evaporative cooling of unitary Fermi gas mixtures in optical traps.</a> New J. Phys. 8 (9), 213(2006).</li>
<li>Li, J., Liu, J., Xu, W., de Melo, L., Luo, L. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1512.01277">Parametric cooling of a degenerate Fermi gas in an optical trap.</a> Phys. Rev. A. 93 (4), 041401(2016).</li>
<li>Poli, N., Brecha, R. J., Roati, G., Modugno, G. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.65.021401">Cooling atoms in an optical trap by selective parametric excitation.</a> Phys. Rev. A. 65 (2), 021401(2002).</li>
<li>Kumakura, M., Shirahata, Y., Takasu, Y., Takahashi, Y., Yabuzaki, T. <a target="_blank" href="http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.68.021401">Shaking-induced cooling of cold atoms in a magnetic trap.</a> Phys. Rev. A. 68 (2), 021401(2003).</li>
<li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/ao/abstract.cfm?uri=ao-54-13-3913">Sub-megahertz frequency stabilization of a diode laser by digital laser current modulation.</a> Appl. Opt. 54 (13), 3913-3917 (2015).</li>
<li>Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH. <a target="_blank" href="http://www-bl20.spring8.or.jp/detectors/manual/HiPic91.pdf">HiPic user manual</a>. , (2016).</li>
<li>Luo, L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Entropy+and+superfluid+critical+parameters+of+a+strongly+interacting+Fermi+gas+%5BPh.D.+%5D%22">Entropy and superfluid critical parameters of a strongly interacting Fermi gas [Ph.D. thesis]</a>. , Duke University. (2008).</li>
<li>Ries, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22A+magneto-optical+trap+for+the+preparation+of+a+three-component+Fermi+gas+in+an+optical+lattice+%5BDiploma+%5D%22">A magneto-optical trap for the preparation of a three-component Fermi gas in an optical lattice [Diploma thesis]</a>. , University of Heidelberg. (2010).</li>
<li>Bartenstein, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Precise+determination+of+6Li+cold+collision+parameters+by+radio-frequency+spectroscopy+on+weakly+bound+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Precise determination of 6Li cold collision parameters by radio-frequency spectroscopy on weakly bound molecules.</a> Phys. Rev. Lett. 94 (10), 103201(2005).</li>
<li>Gaunt, A. L., Schmidutz, T. F., Gotlibovych, I., Smith, R. P., Hadzibabic, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bose-Einstein+condensation+of+atoms+in+a+uniform+potential%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Bose-Einstein condensation of atoms in a uniform potential.</a> Phys. Rev. Lett. 110 (20), 200406(2013).</li>
<li>Bruce, G. D., Bromley, S. L., Smirne, G., Torralbo-Campo, L., Cassettari, D. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1109.1502">Holographic power-law traps for the efficient production of Bose-Einstein condensates.</a> Phys. Rev. A. 84 (5), 053410(2011).</li>
<li>Roy, R., Green, A., Bowler, R., Gupta, S. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1601.05103">Rapid cooling to quantum degeneracy in dynamically shaped atom traps.</a> Phys. Rev. A. 93 (4), 043403(2016).</li>
<li>Bukov, M., D'Alessio, L., Polkovnikov, A. <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1407.4803">Universal high-frequency behavior of periodically driven systems: from dynamical stabilization to Floquet engineering.</a> Adv. Phys. 64 (2), 139-226 (2015).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar. Las citas específicas de productos y empresas son solo para fines aclaratorios y no son un respaldo por parte de los autores.

Presentamos un protocolo experimental para la refrigeración paramétrico de un gas de Fermi no interactúe y en una trampa óptica de haz cruzado. Los pasos críticos de este protocolo incluyen: En primer lugar, necesita ser refrigerado cerca de la temperatura degenerado mediante la reducción de la profundidad de atrapar el gas Fermi atrapados ópticamente. En segundo lugar, una frecuencia de modulación se elige que es resonante con el componente anarmónico del potencial de captura. En tercer lugar, la intensidad del haz de ...

En las dos últimas décadas, varias técnicas de enfriamiento se han desarrollado para la generación de condensados de Bose-Einstein (BEC) y degenerar gases de Fermi (DFG) de los vapores atómicos calientes 1, 2, 3, 4, 5. BEC y DFG son nuevos fases de la materia que existen en temperaturas extremadamente bajas, por lo general una millonésima de un grado por encima del cero absoluto de temperatura, muy inferiores a los que normalmente se encuentran en la tierra o en el espacio. Para obtener tales bajas temperaturas, la mayoría de los métodos de refrigeración se basan en la reducción del potencial de captura para enfriar por evaporación los átomos. Sin embargo, el esquema de reducción también disminuye la tasa de colisiones de los átomos, lo que limita la eficacia de la refrigeración cuando el gas alcanza el régimen cuántico 6. En este artículo, se presenta un método de &quot;expulsar&quot; para enfriar por evaporación un gas ultrafrío Fermi en un ODT sinla reducción de la profundidad de trampa. Este método se basa en nuestro reciente estudio de refrigeración paramétrico 7, que muestra varias ventajas en comparación con los regímenes de descenso 7, 8, 9. La idea clave del esquema paramétrico es emplear el anarmonicidad de la ODT-haz cruzado, que hace que los átomos más calientes cerca del borde del potencial de captura sienten las frecuencias de captura más bajos que los átomos más frías en el centro. Este anarmonicidad permite que los átomos más caliente al ser expulsados ​​selectivamente de la trampa cuando la modulación del potencial de captura en las frecuencias de resonancia con los átomos de alta energía. El protocolo experimental de enfriamiento paramétrico requiere un gas pre-enfriado noninteracting Fermi cerca de la temperatura degenerada. Para implementar este protocolo, un modulador acústico-óptico (AOM) se utiliza para modular la intensidad de los haces de captura por controlling la modulación de frecuencia, profundidad y tiempo. Para verificar el efecto de enfriamiento, la nube atómica se sonda de formación de imágenes por absorción de tiempo de vuelo (TOF), donde un haz de láser resonante ilumina la nube atómica y la sombra de absorción es capturada por un dispositivo acoplado de carga (CCD) de la cámara. Las propiedades de las nubes, como el número de átomos, la energía y la temperatura, se determinan por la densidad de la columna. Para caracterizar el efecto de enfriamiento, se mide la dependencia de las energías de la nube en los distintos momentos de modulación.

<table><tbody><tr><td>500 mW 671 nm ECDL</td><td>Toptica</td><td>TA Pro</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>35 mW 671 nm</td><td>ECDL Toptica</td><td>DL-100</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>671 nm AOM</td><td>Isomet</td><td>1206C</td><td>Cantidad: 3</td></tr><tr><td>671 nm AOM Driver</td><td>Isomet</td><td>630C-110</td><td>Cantidad: 3</td></tr><tr><td>100 W 1.064 nm CW láser</td><td>IPG fotónica</td><td>YLR-100-1064-LP</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>1.064 nm AOM</td><td>IntraAction</td><td>ATM-804DA6B&nbsp;</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>1.064 nm AOM Driver</td><td>IntraAction</td><td>ME-805EH&nbsp;</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>Generador de Funciones Arbitrarias</td><td>Agilent&nbsp;</td><td>33120A</td><td>Cantidad: 3</td></tr><tr><td>Tarjeta de E/S digital</td><td>United Electronic Industries</td><td>PD2-DIO-128</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>Plataforma de diseño de sistemas</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>Dispositivo de medición de dispositivo de salida de voltaje analógico</td><td></td><td>USB-3104</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>Cámara CCD</td><td>Hamamatsu</td><td>Orca R2</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>Generador de pulso arbitrario</td><td>Quantum Composer</td><td>9618+</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>Dispositivo de salida de voltaje analógico Computación</td> de <td>medición</td><td>USB-3104</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr>fuente de alimentación <td></td><td></td> de<td>20 A</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>fuente de alimentación</td><td></td><td></td> de 10 A <td>Cantidad: fuente</td></tr><tr>de alimentación <td></td><td></td> de 1<td>120 A</td><td>Cantidad: 2</td></tr><tr><td>ventiladores</td><td></td><td></td> <td>de refrigeraciónCantidad: depende del diseño del aparato</td></tr><tr><td>Espejos de</td><td></td><td></td> 671 nm <td>Cantidad: depende del diseño del aparato</td></tr><tr><td>Cantidad de placa</td><td></td><td></td> de media onda de 671 nm<td>: depende del diseño del aparato</td></tr><tr><td>Cantidad de placa</td><td></td><td></td> de cuarto de onda de 671 nm<td>: depende del diseño del aparato</td></tr><tr><td>Cantidad de obturador</td><td></td><td></td> de haz de 500 mW<td>: depende del diseño del aparato</td></tr><tr><td>Lentes de 671 nm</td><td></td><td></td><td>Cantidad: depende del diseño del aparato</td></tr><tr><td>Aislador</td><td></td><td></td> de Faraday <td>Cantidad: 2, uno para cada ECDL</td></tr><tr><td>671 nm Divisor</td><td></td><td></td> de haz polarizado <td>Cantidad: depende del diseño del aparato</td></tr><tr><td>Fotodetector</td><td>Thorlabs</td><td>SM05PD1A</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>Multiplexor&nbsp;</td><td>Analog Devices</td><td>ADG409</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>Multiplexor&nbsp;</td><td>Analog Devices</td><td>ADG408</td><td>Cantidad: 2</td></tr><tr><td>Lente</td><td></td><td></td> plano-cóncava de 1.064 nm <td>Cantidad: 1 para reductor de haz</td></tr><tr><td>1.064 nm lente</td><td></td><td></td> plano-convexa <td>Cantidad: 1 para reductor de haz</td></tr><tr><td>1.064 nm Espejos</td><td></td><td></td><td>Cantidad: depende del diseño del aparato</td></tr><tr><td>Placas de media onda de 1.064 nm Cantidad</td><td></td><td></td><td>: depende del diseño</td></tr> <tr><td>del aparato1.064 nm Cantidad de</td><td></td><td></td> lentes<td>: depende del diseño del aparato</td></tr><tr>Polarizador <td></td><td></td> de<td>película delgada de 1.064 nm</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>100 W, 1.064 nm Cantidad de descarga</td><td></td><td></td> de haz<td>: 1</td></tr><tr><td>100 W, 1.064 nm Cantidad de medidor</td><td></td><td></td> de potencia<td>: 1</td></tr><tr><td>Generador de funciones de RF</td><td>Rigol</td><td>DG4162</td><td>Cantidad: 1</td></tr><tr><td>Mini-circuitos</td> de<td>amplificador de potencia de RF</td><td>ZHL-100W-GAN+</td><td>Cantidad: 1</td></tr></tbody></table>

enfriar un ópticamente atrapado ultrafrías fermi de gas por conducción periódica

Cooling an Optically Trapped Ultracold Fermi Gas by Periodical Driving

Presentamos un método de enfriamiento para un gas Fermi frío mediante la conducción paramétrica de movimientos atómicos en una trampa dipolar óptica (ODT) de haz cruzado. Nuestro método emplea la anarmónica de la ODT, en la que los átomos más calientes en el borde de la trampa sienten los componentes anarmónicos del potencial de atrapamiento, mientras que los átomos más fríos en el centro de la trampa sienten el armónico. Al modular la profundidad de la trampa con frecuencias que son resonantes con los componentes anarmónicos, excitamos selectivamente los átomos más calientes fuera de la trampa mientras mantenemos los átomos más fríos en la trampa, generando un enfriamiento paramétrico. Este protocolo experimental comienza con una trampa magneto-óptica (MOT) que es cargada por un Zeeman más lento. Los átomos preenfriados en el MOT se transfieren a un ODT y se aplica un campo magnético de polarización para crear un gas Fermi que interactúa. A continuación, reducimos el potencial de atrapamiento para preparar un gas Fermi frío cerca de la temperatura degenerada. Después de eso, barremos el campo magnético al régimen no interactivo del gas Fermi, en el que el enfriamiento paramétrico se puede manifestar modulando la intensidad de los haces de captura óptica. Encontramos que el efecto de enfriamiento paramétrico depende en gran medida de las frecuencias y amplitudes de modulación. Con la frecuencia y amplitud optimizadas, medimos la dependencia de la energía de la nube con el tiempo de modulación. Observamos que la energía de la nube se cambia de forma anisotrópica, donde la energía de la dirección axial se reduce significativamente por la conducción paramétrica. El efecto de enfriamiento se limita a la dirección axial porque la anarmonía dominante del ODT de haz cruzado está a lo largo de la dirección axial. Finalmente, proponemos extender este protocolo para los potenciales de atrapamiento de la gran anarmonía en todas las direcciones, lo que proporciona un esquema prometedor para enfriar gases cuánticos utilizando la conducción externa.

Usando este protocolo, estudiamos la dependencia de la refrigeración paramétrico en el tiempo de modulación con la frecuencia de modulación optimizada y amplitud, ambos de los cuales han sido determinados en nuestra publicación anterior 7. En primer lugar, preparamos un gas de Fermi noninteracting de 6 átomos de Li en los dos estados hiperfinos más bajas con una temperatura de T / T F ≈ 1,2. Aquí, T F = <...

Presentamos un método de conducción paramétrico para enfriar un gas Fermi ultrafrío en una trampa dipolo óptica de haz cruzado. Este método elimina selectivamente los átomos de alta energía de la trampa modulando periódicamente la profundidad de la trampa con frecuencias que son resonantes con los componentes anarmónicos del potencial de trampa.

Enfriar un ópticamente Atrapado ultrafrías Fermi de gas por conducción periódica

We present a cooling method for a cold Fermi gas by parametrically driving atomic motions in a crossed-beam optical dipole trap (ODT). Our method employs ...

El objetivo general de este procedimiento es enfriar un gas de Fermi ultral frío atrapado ópticamente hasta el régimen de microKelvin mediante la modulación periódica de la intensidad del haz láser de atrapamiento. Este método de enfriamiento puede abordar preguntas clave en la investigación de átomos ultral fríos, como la generación de gases cuánticos a temperaturas más bajas para simular fenómenos de nova en la naturaleza. La principal ventaja del enfriamiento paramétrico es que puede enfriar ópticamente gases de Fermi ultral fríos, algunos seis átomos con una eficiencia de enfriamiento muy alta.Este procedimiento complicado será implementado por nuestro investigador postdoctoral Jiaming Li. El aparato para este experimento ya está en su lugar. Hay varios componentes clave que comienzan con el horno. El horno emitirá litio-6 en el flujo requerido.Después de salir del horno, el litio viaja a través de un freno Zeeman y bobinas de cruce. A partir de ahí, los átomos llegan a la cámara del experimento. La cámara se encuentra entre bobinas que tienen un campo magnético bien sea de Helmholtz o anti-Helmholtz.Un fotodiodo monitorea la señal fluorescente a través de la ventana de la cáma

cooling-an-optically-trapped-ultracold-fermi-gas-by-periodical-driving

Research

Investigación

JoVE Journal

Engineering

Ingeniería

Los detalles de configuración siguientes enfoque captura de baja potencia óptica de las nanopartículas con un dieléctrico doble nanohole en la película de metal.

Trampas ópticas de las nanopartículas

La memoria de eco de gradiente es un protocolo para el almacenamiento de estados cuánticos ópticos de la luz en los conjuntos atómicos. Memoria cuántica es un elemento clave de un repetidor cuántico, lo que puede ampliar el rango de distribución de claves cuánticas. Planteamos el funcionamiento del sistema cuando se implementa en un conjunto de átomos de 3 niveles.

Gradient Echo Memoria Quantum en Warm Atómica Vapor

La escalabilidad y resolución de las técnicas convencionales de manipulación óptica están limitadas por la difracción. Sorteamos el límite de difracción y describimos un método de transporte óptico de nanopartículas a través de un chip utilizando una superficie de oro modelada con una trayectoria de resonadores plasmónicos en forma de C muy espaciados.

Fabricación y operación de una banda transportadora nano-óptica

Se discute el proceso de fabricación y las técnicas experimentales de caracterización relevantes para las bombas de un solo electrón basadas en puntos cuánticos semiconductores de óxido metálico de silicio.

De silicio metal-óxido-semiconductor Quantum Dots para Bombeo solo electrón

Se presenta un protocolo para lanzar y atrapar de manera estable micropartículas dieléctricas seleccionadas en el aire.

Cargando óptica Trampa de micropartículas en dieléctrica del aire

Presentamos un protocolo para crear una película en tiempo real de un paquete de ondas rotacionales moleculares utilizando una configuración de imágenes de explosión de Coulomb de alta resolución.

Direct Imaging del impulsada por el láser ultrarrápido Molecular Rotación

Este trabajo presenta una metodología de microfabricación para superficie trampas de iones, así como un procedimiento experimental detallado para los iones del iterbio reventado en un ambiente de temperatura.

Métodos experimentales para atrapar iones usando recientemente trampas de iones de la superficie

Se describe un procedimiento para atrapar ópticamente micro-partículas en enrejado óptico nanoplasmonic.

Captura de partículas Micro en enrejado óptico Nanoplasmonic

Plasmónica nanobarras de oro pueden ser atrapado en líquidos y rotado en frecuencias de kHz usando pinzas ópticas circularmente polarizada. Introducción de herramientas para el análisis de la dinámica browniana y luz scatteringspectroscopy conduce a un sistema de gran alcance para la investigación y aplicación en numerosos campos de la ciencia.

Construcción y operación de un sistema del Motor rotatorio de Nanorod oro impulsado por la luz

Aquí se presenta un método para medir la birefringencia de las ventanas de vacío maximizando los recuentos de fluorescencia emitidos por Doppler enfriado 25Mg+ iones en una trampa de iones. La birefringencia de las ventanas de vacío cambiará los estados de polarización del láser, que se puede compensar cambiando los ángulos acimutales de las placas de onda externas.

In Situ Medición de la Birefringencia de la Ventana de Vacío usando 25Mg+ Fluorescencia

Este artículo describe el método experimental para lograr un atrapamiento estable y de larga duración y una posición precisa de grandes partículas metálicas en el aire mediante una trampa fotoforética dinámica con forma de barco. Este sistema permite una manipulación controlada adecuada para estudios de interacción plasmónica.

Atrapar ópticamente grandes partículas metálicas en el aire usando una trampa tipo &#39;barco&#39; con paredes laterales estiradas directamente

Aprende el método de enfriamiento paramétrico para gases de Fermi ultrafríos en trampas ópticas mediante modulación periódica de la intensidad láser. Esta técnica permite alcanzar temperaturas en el régimen de microKelvin con alta eficiencia.

Enfriar un ópticamente Atrapado ultrafrías Fermi de gas por conducción periódica

Explorar más videos