Name: Refroidissement dun gaz ultrafroids Fermi Piégé par la conduite Optiquement périodique (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 21 s
Description: Découvrez le refroidissement paramétrique d'un gaz de Fermi ultrafroid piégé optiquement par modulation périodique de la profondeur du piège. Cette méthode efficace permet d'atteindre le régime microkelvin pour l'étude des phénomènes quantiques.

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

Nous remercions Ji Liu et Wen Xu d’avoir participé à la mise en place expérimentale. Le Luo est membre du Centre pour les symétries spatio-temporelles de l’Université de l’Indiana (IUCSS). Ce travail a été soutenu par l’IUPUI et l’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>

Les auteurs n’ont rien à divulguer. Les citations spécifiques de produits et d’entreprises sont fournies à titre indicatif uniquement et ne constituent pas une approbation de la part des auteurs.

Nous présentons un protocole expérimental pour le refroidissement paramétrique d&#39;un gaz de Fermi sans interaction dans un piège optique à faisceaux croisés. Les étapes essentielles de ce protocole sont: d&#39;abord, le besoin de gaz de Fermi optiquement piégé à refroidir proche de la température dégénérée en diminuant la profondeur du piège. D&#39;autre part, une fréquence de modulation est choisie qui est en résonance avec le composant anharmonique du potentiel de piégeage. En troisième lieu, l&#39;intensité du fai...

Au cours des deux dernières décennies, diverses techniques de refroidissement ont été développés pour produire des produits de condensation de Bose-Einstein (BEC) et dégénéré gaz de Fermi (DFG) des vapeurs atomiques chauds 1, 2, 3, 4, 5. BEC et DFG sont nouvelles phases de la matière qui existent dans des températures extrêmement basses, généralement un millionième de degré au-dessus du zéro absolu, température bien au-dessous de celles habituellement trouvées sur Terre ou dans l&#39;espace. Pour obtenir de telles températures basses, la plupart des méthodes de refroidissement reposent sur la réduction du potentiel de piégeage pour refroidir les atomes évaporatif. Toutefois, le régime d&#39; abaissement diminue également le taux de collision des atomes, ce qui limite l&#39;efficacité du refroidissement lorsque le gaz atteint le régime quantique 6. Dans cet article, nous présentons une méthode « expulsion » pour refroidir un gaz de Fermi évaporatif ultrafroids dans un ODT sansl&#39;abaissement de la profondeur du piège. Cette méthode est basée sur notre récente étude de refroidissement paramétrique 7, montrant plusieurs avantages par rapport aux schémas 7, 8 abaissement, 9. L&#39;idée principale du régime paramétrique est d&#39;employer le anharmonicité du ODT-faisceaux croisés, ce qui rend les atomes les plus chauds à proximité du bord du potentiel de piégeage sentent les fréquences de piégeage plus faibles que les atomes froids dans le centre. Cette anharmonicité permet aux atomes chauds pour être sélectivement expulsés du piège lors de la modulation du potentiel de piégeage aux fréquences de résonance avec les atomes de haute énergie. Le protocole expérimental de refroidissement paramétrique nécessite un gaz de Fermi pré-refroidie sans interaction proche de la température dégénérée. Pour mettre en oeuvre ce protocole, un modulateur acoustico-optique (AOM) est utilisé pour moduler l&#39;intensité des faisceaux de piégeage par controlling la fréquence de modulation, de la profondeur et du temps. Pour vérifier l&#39;effet de refroidissement, le nuage atomique est sondé par imagerie par absorption de temps de vol (TOF), où un faisceau laser résonnant éclaire le nuage atomique et l&#39;ombre d&#39;absorption est capturée par une caméra à dispositif à couplage de charge (CCD). Les propriétés des nuages, tels que le nombre d&#39;atomes, d&#39;énergie, et la température, sont déterminées par la densité de la colonne. Pour caractériser l&#39;effet de refroidissement, on mesure la dépendance des énergies de nuages ​​sur les différents temps de modulation.

<table><tbody><tr><td>500 mW 671 nm ECDL</td><td>Toptica</td><td>TA Pro</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>35 mW 671 nm ECDL</td><td>Toptica</td><td>DL-100</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>671 nm AOM</td><td>Isomet</td><td>1206C</td><td>Quantité : 3</td></tr><tr><td>671 nm AOM</td><td>Driver Isomet</td><td>630C-110</td><td>Quantité : 3</td></tr><tr><td>100 W 1 064 nm CW laser</td><td>IPG photonics</td><td>YLR-100-1064-LP</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>1 064 nm AOM</td><td>IntraAction</td><td>ATM-804DA6B&nbsp ;</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Pilote AOM 1 064 nm</td><td>IntraAction</td><td>ME-805EH&nbsp ;</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Générateur de fonctions arbitraires</td><td>Agilent&nbsp ;</td><td>33120A</td><td>Quantité : 3</td></tr><tr><td>Carte d’E/S numériques</td><td>United Electronic Industries</td><td>PD2-DIO-128</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Plate-forme de conception de système</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Sortie de tension analogique Dispositif</td><td>de mesure Calcul</td><td>USB-3104</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Caméra CCD</td><td>Hamamatsu</td><td>Orca R2</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Générateur d’impulsions arbitraire</td><td>Quantum Composer</td><td>9618+</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Tension analogique Dispositif</td><td>de sortie Dispositif de mesure Calcul</td><td>USB-3104</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>20 A Alimentation</td><td></td><td></td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>10 A Alimentation</td><td></td><td></td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>120 A Alimentation</td><td></td><td></td><td>Quantité : 2</td></tr><tr><td>Ventilateurs</td><td></td><td></td> <td>de refroidissementQuantité : dépend de la conception de l’appareil</td></tr><tr><td>671 nm Miroirs</td><td></td><td></td><td>Quantité : dépend de la conception de l’appareil</td></tr><tr><td>671 nm Plaque</td><td></td><td></td> demi-onde <td>Quantité : dépend de la conception de l’appareil</td></tr><tr><td>671 nm Plaque</td><td></td><td></td> quart d’onde <td>Quantité : dépend de la conception de l’appareil</td></tr><tr><td>500 mW Obturateur</td><td></td><td></td> de faisceau <td>Quantité : dépend de la conception de l’appareil</td></tr><tr><td>671 nm Lentilles</td><td></td><td></td><td>Quantité : dépend de la conception de</td></tr><tr><td>l’appareil Isolateur</td><td></td><td></td> de Faraday <td>Quantité : 2, un pour chaque</td></tr><tr>séparateur <td></td><td></td> de<td>faisceau polarisant ECDL 671 nm</td><td>Quantité : dépend de la conception</td></tr> de <tr>l’appareil<td>Photodétecteur</td><td>Thorlabs</td><td>SM05PD1A</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Multiplexeur</td><td>Analog Devices</td><td>ADG409</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Multiplexeur&nbsp ;</td><td>Analog Devices</td><td>ADG408</td><td>Quantité : 2</td></tr><tr><td>lentille</td><td></td><td></td> plano-concave de 1 064 nm <td>Quantité : 1 pour réducteur de faisceau</td></tr><tr><td>1 064 nm lentille</td><td></td><td></td> plano-convexe <td>Quantité : 1 pour réducteur de faisceau</td></tr><tr><td>1 064 nm Miroirs</td><td></td><td></td><td>Quantité : dépend de la conception de l’appareil</td></tr><tr><td>1 064 nm Plaques demi-onde Quantité</td><td></td><td></td><td>: dépend de la conception de l’appareil</td></tr><tr><td>1 064 nm Lentilles</td><td></td><td></td><td>Quantité : dépend de la conception de l’appareil</td></tr><tr><td>Polariseur</td><td></td><td></td> à couche mince 1 064 nm <td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>100 W, 1 064 nm Beam Dump</td><td></td><td></td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>100 W, 1 064 nm Wattmètre</td><td></td><td></td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Générateur de fonction RF</td><td>Rigol</td><td>DG4162</td><td>Quantité : 1</td></tr><tr><td>Mini-circuits</td> <td>d’amplificateur de puissance RF</td><td>ZHL-100W-GAN+</td><td>Quantité : 1</td></tr></tbody></table>

refroidissement d&#39;un gaz ultrafroids fermi piégé par la conduite optiquement périodique

Cooling an Optically Trapped Ultracold Fermi Gas by Periodical Driving

Nous présentons une méthode de refroidissement pour un gaz de Fermi froid en pilotant paramétriquement les mouvements atomiques dans un piège dipolaire optique à faisceau croisé (ODT). Notre méthode utilise l’anharmonicité de l’ODT, dans laquelle les atomes les plus chauds au bord du piège ressentent les composants anharmoniques du potentiel de piégeage, tandis que les atomes plus froids au centre du piège ressentent les atomes harmoniques. En modulant la profondeur du piège avec des fréquences qui résonnent avec les composantes anharmoniques, nous excitons sélectivement les atomes les plus chauds hors du piège tout en gardant les atomes plus froids dans le piège, générant un refroidissement paramétrique. Ce protocole expérimental commence par un piège magnéto-optique (MOT) qui est chargé par un Zeeman plus lent. Les atomes prérefroidis dans le MOT sont ensuite transférés dans un ODT, et un champ magnétique de polarisation est appliqué pour créer un gaz de Fermi en interaction. Nous réduisons ensuite le potentiel de piégeage pour préparer un gaz Fermi froid proche de la température dégénérée. Après cela, nous balayons le champ magnétique jusqu’au régime sans interaction du gaz de Fermi, dans lequel le refroidissement paramétrique peut se manifester en modulant l’intensité des faisceaux de piégeage optique. Nous constatons que l’effet de refroidissement paramétrique dépend fortement des fréquences et des amplitudes de modulation. Avec la fréquence et l’amplitude optimisées, nous mesurons la dépendance de l’énergie du nuage sur le temps de modulation. Nous observons que l’énergie du nuage est modifiée de manière anisotrope, où l’énergie de la direction axiale est significativement réduite par le pilotage paramétrique. L’effet de refroidissement est limité à la direction axiale car l’anharmonicité dominante de l’ODT à faisceau croisé se situe le long de la direction axiale. Enfin, nous proposons d’étendre ce protocole aux potentiels de piégeage de grande anharmonicité dans toutes les directions, ce qui fournit un schéma prometteur pour le refroidissement des gaz quantiques à l’aide d’un entraînement externe.

En utilisant ce protocole, nous étudions la dépendance du refroidissement paramétrique du temps de modulation à la fréquence de modulation et une amplitude optimisée, qui ont tous deux été déterminées dans notre publication précédente 7. Nous préparons un premier gaz de Fermi sans interaction de 6 atomes de Li dans les deux états les plus bas hyperfins avec une température de T / T F ≈ 1,2. Ici, T F = <em...

Nous présentons une méthode de commande paramétrique pour refroidir un gaz de Fermi ultrafroid dans un piège dipolaire optique à faisceau croisé. Cette méthode élimine sélectivement les atomes de haute énergie du piège en modulant périodiquement la profondeur du piège avec des fréquences qui résonnent avec les composantes anharmoniques du potentiel de piégeage.

Refroidissement d&#39;un gaz ultrafroids Fermi Piégé par la conduite Optiquement périodique

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 ...

L'objectif général de cette procédure est de refroidir un gaz de Fermi ultrafroid piégé par voie optique jusqu'au régime du microkelvin en modulant périodiquement l'intensité du faisceau laser de piégeage. Cette méthode de refroidissement permet de répondre à des questions fondamentales dans le domaine de la recherche sur les atomes ultrafroids, telles que la génération de gaz quantiques à des températures plus basses afin de simuler des phénomènes de nova dans la nature. Le principal avantage du refroidissement paramétrique est qu'il permet de refroidir optiquement des gaz de Fermi ultrafroids, quelques six atomes, avec une efficacité de refroidissement très élevée.Cette procédure complexe sera mise en œuvre par notre postdoctorant Jiaming Li. L'appareil nécessaire à cette expérience est déjà en place. Il existe plusieurs composants essentiels, à commencer par le four. Le four délivrera du lithium-6 au débit requis.Après avoir quitté le four, le lithium traverse un ralentisseur Zeeman et des bobines de croisement. À partir de là, les atomes atteignent la chambre expérimentale. La chambre se trouve entre des bobines qui produisent un champ magnétique soit de type Helmholtz, soit an

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

Research

Recherche

JoVE Journal

Engineering

Ingénierie

Les détails qui suivent l'approche de configuration de piégeage faible puissance optique diélectrique des nanoparticules à l'aide d'un double-nanotrou dans le film métallique.

Le piégeage optique de nanoparticules

La mémoire en écho de gradient est un protocole de mémoriser des états quantiques optiques de la lumière dans des ensembles atomiques. Mémoire quantique est un élément clé d'un répéteur quantique, qui peut étendre la gamme de distribution quantique de clé. Nous décrivons le fonctionnement du système lorsqu'il est implémenté dans un ensemble atomique à 3 niveaux.

Gradient Echo Quantum Mémoire chaud atomique de vapeur

L’évolutivité et la résolution des techniques de manipulation optique conventionnelles sont limitées par la diffraction. Nous contournons la limite de diffraction et décrivons une méthode de transport optique de nanoparticules à travers une puce à l’aide d’une surface dorée structurée avec un chemin de résonateurs plasmoniques en forme de C rapprochés.

Fabrication et fonctionnement d&#39;un Convoyeur Nano-optique

Le processus de fabrication et les techniques de caractérisation expérimentale pertinentes pour les pompes à électrons uniques basées sur des points quantiques de silicium métal-oxyde-semi-conducteur sont discutés.

Silicium métal-oxyde-semiconducteur Quantum Dots pour le pompage mono-électronique

Un protocole pour le lancement et le piégeage stable de microparticules diélectriques sélectionnées dans l’air est présenté.

Piège optique Chargement de Dielectric Microparticules Dans Air

Nous présentons un protocole pour créer un film en temps réel d’un paquet d’ondes de rotation moléculaire à l’aide d’une configuration d’imagerie d’explosion de Coulomb à haute résolution.

Imagerie directe de Laser-driven Ultrafast moléculaire Rotation

Cet article présente une méthodologie de microfabrication pour surfaces pièges à ions, mais aussi une procédure expérimentale détaillée pour les ions de l’ytterbium piégeage dans un environnement à température ambiante.

Méthodes expérimentales de piégeage d’Ions à l’aide de microfabriques pièges à ions de Surface

Nous décrivons une procédure pour intercepter optiquement micro-particules dans nanoplasmonic réseau optique.

Piégeage de Micro particules dans trellis optique Nanoplasmonic

Plasmoniques nanotiges en or peut être pris au piège dans les liquides et tourné aux fréquences kHz à l’aide de pinces optiques polarisées circulairement. Présentant les outils d’analyse de la dynamique brownienne et léger scatteringspectroscopy conduit à un puissant système de recherche et d’application dans de nombreux domaines de la science.

Construction et exploitation d’un système de moteur axée sur la lumière or nanotige Rotary

Présenté ici est une méthode pour mesurer la birefringence des fenêtres sous vide en maximisant les nombres de fluorescence émis par Doppler refroidi 25Mg+ ions dans un piège à ions. La birefringence des fenêtres sous vide va changer les états de polarisation du laser, qui peut être compensé en changeant les angles azimuthal des plaques d’onde externes.

Mesure in situ de la birefringence de fenêtre sous vide utilisant 25mg+ fluorescence

Cet article décrit la méthode expérimentale permettant d’obtenir un piégeage stable et de longue durée et un positionnement précis des grosses particules métalliques dans l’air à l’aide d’un piège photophorétique dynamique en forme de bateau. Ce système permet une manipulation contrôlée adaptée aux études d’interaction plasmonique.

Piéger optiquement de grosses particules métalliques dans l&#39;air à l&#39;aide d&#39;un piège « bateau » avec des parois latérales tirées directement

Découvrez le refroidissement paramétrique d'un gaz de Fermi ultrafroid piégé optiquement par modulation périodique de la profondeur du piège. Cette méthode efficace permet d'atteindre le régime microkelvin pour l'étude des phénomènes quantiques.

Refroidissement d'un gaz ultrafroids Fermi Piégé par la conduite Optiquement périodique

Explorer plus de vidéos