Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Chłodzenie optycznie uwięzionego ultrazimnego gazu Fermiego poprzez okresową jazdę

7.3K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/55409

⸱

30 marca 2017

 ,  , 
1Department of Physics, Indiana University–Purdue University Indianapolis (IUPUI)

W tym artykule

Podsumowanie

Prezentujemy parametryczną metodę chłodzenia ultrazimnego gazu Fermiego w optycznej pułapce dipolowej o skrzyżowanej wiązce. Metoda ta selektywnie usuwa wysokoenergetyczne atomy z pułapki poprzez okresowe modulowanie głębokości pułapki częstotliwościami, które rezonują z anharmonicznymi składowymi potencjału pułapkowania.

Streszczenie

Prezentujemy metodę chłodzenia zimnego gazu Fermiego poprzez parametryczne sterowanie ruchami atomowymi w optycznej pułapce dipolowej o skrzyżowanej wiązce (ODT). Nasza metoda wykorzystuje anharmoniczność ODT, w której gorętsze atomy na krawędzi pułapki odczuwają anharmoniczne składowe potencjału pułapkowego, podczas gdy chłodniejsze atomy w środku pułapki odczuwają harmoniczną. Modulując głębokość pułapki za pomocą częstotliwości, które rezonują ze składowymi anharmonicznymi, selektywnie wzbudzamy gorętsze atomy z pułapki, jednocześnie utrzymując chłodniejsze atomy w pułapce, generując chłodzenie parametryczne. Ten eksperymentalny protokół zaczyna się od pułapki magnetooptycznej (MOT), która jest ładowana przez wolniejszy Zeeman. Wstępnie schłodzone atomy w MOT są następnie przenoszone do ODT, a polaryzacyjne pole magnetyczne jest stosowane w celu wytworzenia oddziałującego gazu Fermiego. Następnie obniżamy potencjał pułapkowania, aby przygotować zimny gaz Fermiego w pobliżu zwyrodniałej temperatury. Następnie przemiatamy pole magnetyczne do nieoddziałującego reżimu gazu Fermiego, w którym chłodzenie parametryczne może przejawiać się poprzez modulację intensywności optycznych wiązek pułapkujących. Okazuje się, że parametryczny efekt chłodzenia silnie zależy od częstotliwości i amplitud modulacji. Dzięki zoptymalizowanej częstotliwości i amplitudzie mierzymy zależność energii chmury od czasu modulacji. Obserwujemy, że energia chmury zmienia się w sposób anizotropowy, gdzie energia kierunku osiowego jest znacznie zmniejszana przez sterowanie parametryczne. Efekt chłodzenia jest ograniczony do kierunku osiowego, ponieważ dominująca anharmoniczność ODT wiązki skrzyżowanej przebiega wzdłuż kierunku osiowego. Na koniec proponujemy rozszerzenie tego protokołu na potencjał pułapkowania o dużej anharmoniczności we wszystkich kierunkach, co stanowi obiecujący schemat chłodzenia gazów kwantowych za pomocą zewnętrznego sterowania.

Wprowadzenie

W ciągu ostatnich dwóch dekad opracowano różne techniki chłodzenia do generowania kondensatów Bosego-Einsteina (BEC) i zdegenerowanych gazów Fermiego (DFG) z gorących par atomowych1,2,3,4,5. BEC i DFG to nowe fazy materii, które występują w ekstremalnie niskich temperaturach, zwykle jednej milionowej stopnia powyżej temperatury zera bezwzględnego, znacznie poniżej tych, które normalnie występują na Ziemi lub w kosmosie. Aby uzyskać tak niskie temperatury, większość metod chłodzenia opiera się na obniżeniu potencjału pułapkowania w celu wyparnego schładzania atomów. Jednak schemat obniżania zmniejsza również szybkość zderzeń atomów, co ogranicza wydajność chłodzenia, gdy gaz osiąga reżim kwantowy6. W tym artykule przedstawiamy metodę "wydalania" polegającą na odparowującym schładzaniu ultrazimnego gazu Fermiego w ODT bez obniżania głębokości pułapki. Ta metoda opiera się na naszym niedawnym badaniu chłodzenia parametrycznego7, wykazując kilka zalet w porównaniu ze schematami obniżania7,8,9.

Kluczową ideą schematu parametrycznego jest wykorzystanie anharmoniczności ODT o skrzyżowanej wiązce, co sprawia, że gorętsze atomy znajdujące się blisko krawędzi potencjału pułapkowania odczuwają niższe częstotliwości pułapkowania niż chłodniejsze atomy w środku. Ta anharmoniczność pozwala na selektywne wyrzucanie gorętszych atomów z pułapki podczas modulowania potencjału pułapki przy częstotliwościach rezonujących z atomami o wysokiej energii.

Eksperymentalny protokół chłodzenia parametrycznego wymaga wstępnie schłodzonego, nieoddziałującego gazu Fermiego w pobliżu temperatury zdegenerowanej. Aby zaimplementować ten protokół, stosuje się modulator akustyczno-optyczny (AOM) do modulowania intensywności wiązek pułapkowych poprzez kontrolowanie częstotliwości, głębokości i czasu modulacji. Aby zweryfikować efekt chłodzenia, chmura atomowa jest badana za pomocą absorpcyjnego obrazowania czasu przelotu (TOF), gdzie rezonansowa wiązka laserowa oświetla chmurę atomową, a cień absorpcyjny jest rejestrowany przez kamerę urządzenia ze sprzężeniem ładunkowym (CCD). Właściwości chmury, takie jak liczba atomów, energia i temperatura, są określane przez gęstość kolumny. Aby scharakteryzować efekt chłodzenia, mierzymy zależność energii chmur od różnych czasów modulacji.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

UWAGA: Ten protokół wymaga domowej budowy ultrazimnego aparatu atomowego, w tym następującego sprzętu: dwa zewnętrzne lasery diodowe wnękowe (ECDL), konfiguracja blokująca dla ECDL offset frequency locking10, laser światłowodowy dla ODT, AOM do modulacji intensywności lasera, system antenowy o częstotliwości radiowej (rf) z generatorem źródła i wzmacniaczem mocy, absorpcyjny system obrazowania z kamerą CCD, program komputerowy do sekwencji czasowej i akwizycji danych (DAQ), program komputerowy do przetwarzania obrazów i analizy danych, para elektromagnesów do MOT i polaryzacyjnych pól magnetycznych oraz komora ultrawysokiej próżni zawierająca piec parowy 6Li i wolniejszy Zeemana (pokazany na rysunku 1).

Uwaga: Używane są trzy lasery o różnych mocach i długościach fal. Prosimy o zapoznanie się z odpowiednimi kartami charakterystyki laserowej i wybór odpowiednich laserowych okularów ochronnych.

1. Kontrola czasu

UWAGA: Wszystkie sekwencje czasowe są kontrolowane przez 128-kanałową kartę PCI DAQ za pomocą programu do kontroli taktowania. Rozdzielczość sekwencji czasowej wynosi 100 μs. Do sterowania ustawieniami przyrządów służy kilka programów sterujących oprzyrządowaniem, takich jak generator arbitralnych funkcji lasera światłowodowego (AFG), ODT AFG, generator impulsów arbitralnych (APG), modulacja parametryczna AFG, multiplekser MOT, generator rf itp.

  1. Otwórz program kontroli rozrządu i programy sterujące przyrządów.
    UWAGA: Program do sterowania synchronizacją czasu wysyła sygnały TTL (logika tranzystor-tranzystor) do zacisków sterujących w celu uruchomienia plików kontroli czasu. Niektóre instrumenty są podłączone do komputera za pomocą GPIB (IEEE 488) w celu sterowania w czasie rzeczywistym.
  2. Napisz plik z chronometrażem eksperymentu i ustaw parametry pomiaru czasu zgodnie z tabelą 1.
    UWAGA: Sekwencja pomiaru czasu po MOT jest również zilustrowana na rysunku 2.

2. Przygotowanie kamery CCD

UWAGA: Kamera CCD służy do rejestrowania obrazowania absorpcyjnego zimnych atomów, które jest głównym narzędziem diagnostycznym zimnych atomów.

  1. Włącz sterownik kamery CCD i jej program sterujący. Ustaw kamerę CCD w trybie prędkości obrazu cząstek (PIV)11. Ustaw czas ekspozycji CCD na 5 ms.
    UWAGA: Tryb PIV zmniejsza odstęp czasu między sygnałem a ramką odniesienia, co zwiększa stosunek sygnału do szumu w obrazowaniu absorpcyjnym.
  2. Użyj zewnętrznego spustu, aby kontrolować ekspozycję CCD
    UWAGA: Czas wyzwalania CCD jest podany w Tabeli 1.

3. Przygotowanie lasera 671 nm

UWAGA: ECDL o pojedynczej częstotliwości 671 nm i mocy wyjściowej 500 mW jest używany do generowania wiązek chłodzących i pułapkujących MOT. Kolejny ECDL 671 nm o mocy 35 mW jest używany do obrazowania absorpcyjnego. Do stabilizacji częstotliwości lasera stosowana jest cyfrowa metoda modulacji prądu laserowego (DLCM)10. Powiązane 6poziomów energii Li pokazano na rysunku 3a. Stabilność temperatury w pomieszczeniu na poziomie 20 ± 1 °C jest wymagana dla optymalnej stabilności blokowania częstotliwości lasera.

  1. Przygotowanie lasera MOT
    UWAGA: Układ optyczny i odpowiednie wyniki metody DLCM przedstawiono w Odnośniku 10.
    1. Włącz grzejnik parowy atomowy 6Li i podgrzej go do 340 °C.
    2. Rozgrzej laserowy AOM blokujący przez 1 godzinę.
    3. Włącz kontroler blokady częstotliwości lasera i otwórz jego oprogramowanie. Włącz siatkę laserową i modulację prądu ECDL w oprogramowaniu.
      UWAGA: Częstotliwość modulacji i amplituda modulacji siatki są ustawione odpowiednio na 5 Hz i 1.0 V. Częstotliwość modulacji i amplituda modulacji prądu są ustawione odpowiednio na 100 kHz i 0,0015 Vpp, aby zmniejszyć szerokość linii lasera10.
    4. Włącz emisję ECDL.
      UWAGA: Światło lasera przechodzi przez układ optyczny MOT i dociera do eksperymentalnej komory próżniowej.
    5. Nieznacznie wyreguluj prąd lasera ECDL ręcznie, aby dostroić częstotliwość lasera, aż do momentu zaobserwowania sygnału błędu blokady linii 6Li D2, jak pokazano na rysunku 3b.
    6. Ustaw punkt blokady w oprogramowaniu sterującym na przejście 22 S1/2 (F = 3/2) → 22P3/2 (patrz rysunki 3a, 3b). Następnie zablokuj częstotliwość lasera na tym przejściu i dostosuj punkt blokady do środka przejścia10.
      UWAGA: Po zablokowaniu częstotliwości lasera sygnał błędu blokady pokazuje niewielkie wahania w punkcie blokady odpowiadające fluktuacji częstotliwości wokół punktu blokady.
  2. Przygotowanie lasera obrazowego
    UWAGA: Układ optyczny i odpowiednie wyniki metody blokowania offsetowego przedstawiono w Odnośniku 10.
    1. Włącz generator sygnału rf z blokadą przesunięcia.
    2. Włącz modulację kraty i zwiększ amplitudę modulacji do 2 V.
    3. Powtórz proces dostrajania częstotliwości w 3.1.4.-3.1.5., aby uzyskać sygnał błędu bicia częstotliwości lasera w oscyloskopie i analizatorze widma RF.
    4. Zablokuj częstotliwość lasera do sygnału dudnienia blokady offsetowej za pomocą dwóch modułów sprzężenia zwrotnego PID.
      UWAGA: Po zablokowaniu częstotliwości lasera widmo sygnału dudnienia w widmie RF zatrzyma się w punkcie blokowania.

4. Przygotowanie do obrazowania absorpcyjnego

UWAGA: Atomy są badane za pomocą obrazowania absorpcyjnego, które wymaga dwóch klatek obrazu. Pierwszy z atomami to układ sygnałowy, a drugi bez atomów to układ odniesienia.

  1. Włącz APG i wiązkę obrazowania AOM.
  2. Ustaw czas trwania impulsu obrazowania na 10 μs i ustaw czas separacji między dwiema ramkami obrazowania na 5,5 ms.
  3. Ustaw intensywność wiązki obrazowania na około 0.3Isat, gdzie siedziałem = 2.54 mW/cm2 to intensywność absorpcji nasyconej linii 6Li D2.

5. Chłodzenie atomów za pomocą MOT

UWAGA: MOT jest powszechnie stosowaną metodą chłodzenia w eksperymentach z ultrazimnymi atomami. Ta sekcja generuje MOT około miliarda 6atomów Li przy około 300 μK.

  1. Powolne źródło atomów
    1. Włącz grzałki piekarnika.
    2. Gdy temperatura piekarnika osiągnie obszar roboczy (patrz Tabela 2), włącz wentylatory chłodzące dla Zeemana wolniej. Następnie powoli zwiększaj prąd wolniejszego do 9,2 A. Włącz prąd dwóch cewek zwrotnicy odpowiednio na 7 A i 1 A.
      UWAGA: Rozkład temperatury pieca wymieniony w Tabeli 2 jest zoptymalizowany pod kątem kolimacji i żywotności źródła atomowego12. Położenie grzałek w piekarniku pokazano na rysunku 4.
    3. Odblokuj wolniejszą wiązkę laserową Zeemana ręcznie, otwierając migawkę atomową. Ustaw częstotliwość wiązki laserowej na 192 MHz z rozstrojeniem na czerwono za pomocą przejścia 22S1/2 (F = 3/2) → 22P3/2.
      UWAGA: W tej konfiguracji prędkość atomów jest zmniejszona z 1400 m/s do 100 m/s. Wolniejszy Zeeman jest pokazany na rysunku 5.
  2. Gradient pola magnetycznego
    UWAGA: To urządzenie wykorzystuje parę cewek sterowanych przez obwód przełącznika mostka H do wytwarzania pola magnetycznego anty-Helmholtza lub Helmholtza. Wężownice są chłodzone wodą, aby zapobiec przegrzaniu.
    1. Powoli włączaj przepływ wody do 6 galonów/min.
    2. Ustaw mostek H dla konfiguracji pola magnetycznego anty-Helmholtza, uruchamiając program kontroli czasu z plikiem czasu ładowania MOT.
    3. Włącz zasilacze magnesów i ustaw prąd każdej cewki na około 18 A za pomocą jej programu sterującego, który tworzy gradient pola magnetycznego około 22 G/cm dla MOT.
      UWAGA: Po włączeniu gradientu pola magnetycznego w komorze doświadczalnej obserwuje się statyczny MOT.
  3. Dynamiczny MOT
    UWAGA: Układ optyczny 6Li MOT zawiera trzy pary przeciwbieżnie rozchodzących się wiązek MOT, przy czym wszystkie pary są prostopadłe do siebie. Każda belka MOT zawiera belkę chłodzącą i belkę pompującą. Natężenia i częstotliwości rozstrojenia wiązek, które są kontrolowane przez AOM, są zróżnicowane dla trzech faz. Napięcia sterujące AOM są ustawiane za pomocą obwodów multipleksera sterowanych przez system sterowania czasem. Parametry dla trzech faz podano w tabeli 3. Układ optyczny wiązek MOT pokazano na rysunku 6.
    1. Załaduj, skompiluj i uruchom plik pomiaru czasu eksperymentu w programie do kontroli czasu w pętli z kontrolką oprogramowania. Czas eksperymentu rozpoczyna się od fazy ładowania MOT. Monitoruj sygnał fluorescencji MOT w fotodetektorze, aby osiągnął 2 V, co wskazuje na około 109 atomów w MOT.
      UWAGA: Fluorescencja MOT jest zbierana przez soczewkę o kącie przestrzennym około 10-4 rad. Liczbę atomów fazy ładowania można obliczyć metodą opisaną w rysunku 13.
    2. Użyj migawki optycznej, aby zablokować wiązkę spowalniającą przed zakończeniem fazy ładowania.
      UWAGA: Czas migawki światła zwalniającego jest również pod kontrolą czasu eksperymentu, który jest wymieniony w Tabeli 1.
    3. Ustaw intensywność i odstrojenie częstotliwości wiązek laserowych MOT zgodnie z tabelą 3 dla fazy chłodzenia.
      UWAGA: Po fazie schładzania temperatura MOT jest obniżana do około 300 μK.
    4. W fazie pompowania zaprogramuj plik czasu eksperymentu, aby wyłączyć belki pompujące za pomocą AOM.
      UWAGA: Faza pompująca pompuje wszystkie atomy do najniższych stanów nadsubtelnych 22S1/2 (F = 1/2).
    5. Wyłącz wiązki MOT i przesuń częstotliwość lasera o 30 MHz poniżej rezonansu przejścia atomowego przez AOM i zablokuj światło uciekające z AOM za pomocą przesłonić optycznych.
      UWAGA: Po etapie MOT jakikolwiek wyciek światła rezonansowego do chmury atomowej spowoduje utratę atomów. Czas sterowania AOM i migawki belki MOT są wymienione w Tabeli 1.
    6. Po dynamicznym przeglądzie technicznym pobierz klatki obrazowania z kamery. Uzyskaj obrazowanie absorpcyjne MOT.
      UWAGA: Liczba atomowa MOT wynosi około 107 po fazie pompowania. Typowy obraz absorpcyjny MOT pokazano na rysunku 7a.

6. Przygotowanie ultrazimnego gazu Fermiego z ODT

  1. Optyczna pułapka dipolowa
    UWAGA: ODT jest głównym narzędziem do generowania ultrazimnych gazów Fermiego. W celu wygenerowania głębokiego ODT wykorzystuje się laser światłowodowy o mocy emisji 100 W przy długości fali 1064 nm. Konfiguracja ODT pokazano na rysunku 8.
    1. Włącz przepływ wody w celu schłodzenia zrzutów wiązki laserowej.
    2. Ustaw napięcie sterujące ODT AOM na 1 V ręcznie. Włącz laser światłowodowy o mocy emisji 13 W.
    3. Sprawdź optykę ODT za pomocą wizjera światła podczerwonego i usuń kurz za pomocą przepływu argonu.
      UWAGA: Kurz na optyce może zmienić profil przestrzenny ODT i spowodować niestabilność ODT.
    4. Wydaj poleć laserowi światłowodowemu AFG wygenerowanie impulsu laserowego za pomocą programu sterującego AFG.
      UWAGA: Wyjście impulsu laserowego jest wyzwalane przez czas eksperymentu, a czas rozpoczęcia tego impulsu jest ustawiony na 14 ms przed końcem fazy ładowania MOT. Sterowanie sekwencją impulsów pokazano na rysunku 1, a czas podano w tabeli 1.
    5. Ręcznie ustaw napięcie sterujące ODT AOM na 8 V (80% nasyconej mocy RF).
      UWAGA: Maksymalna moc RF sterownika AOM powinna być ograniczona do 80% mocy nasyconej, aby zmniejszyć efekt soczewkowania termicznego.
    6. Uzyskaj obrazy absorpcyjne MOT i ODT z kamery.
      UWAGA: Sprawdź nakładanie się MOT i ODT poprzez ich obrazowanie absorpcyjne. Rysunek 7b przedstawia typowe obrazy absorpcyjne odpowiednio MOT i ODT.
  2. Polaryzacja pola magnetycznego i mieszania spinów Pole RF
    UWAGA: W celu wygenerowania oddziałującego gazu Fermiego, stosuje się polaryzacyjne pole magnetyczne w kierunku pionowym w celu dostrojenia długości rozpraszania fali s.
    1. Ustaw mostek H w programie czasowym eksperymentu tak, aby konfiguracja pola magnetycznego zmieniła się z anty-Helmholtza na Helmholtz.
      UWAGA: Cewki Helmholtza generują polaryzacyjne pole magnetyczne do dostrajania oddziaływań międzyatomowych.
    2. Ustaw polaryzacyjne pole magnetyczne na 330 G w kanale 2 i 527,3 G w kanale 3 programu sterującego magnesami.
    3. Zaprogramuj sekwencję czasową eksperymentu, aby omiatać pole magnetyczne od 0 G do 330 G po wyłączeniu MOT.
      UWAGA: To przemiatanie pola magnetycznego przygotowuje słabo oddziałujący gaz 6Li Fermiego do standardowego chłodzenia wyparnego.
    4. Zaprogramuj przemiatanie pola magnetycznego od 330 G do 527 G dla nieoddziałującego gazu Fermiego class14.
      UWAGA: Sekwencja pola magnetycznego z 6.2.1-6.2.4. jest pokazany na rysunku 1, a czas jest podany w tabeli 1.
    5. Zastosuj hałaśliwy impuls RF, aby utworzyć mieszaninę 50:50 dwóch najniższych stanów nadsubtelnych 22S1/2 (F = 1/2, mF = ±1/2) 6 Li.
    6. Dostrój zablokowaną częstotliwość lasera rezonansową z atomami przy 527.3 G (odpowiadającej przejściu 22S1/2 (F = 1/2, mF = -1/2) → 22P3/2 przy niskim polu magnetycznym), zmieniając częstotliwość wyjściową generatora sygnału RF.
      UWAGA: Częstotliwość rezonansowa maksymalizuje liczbę atomów obrazowania absorpcyjnego, które służy do kierowania regulacją częstotliwości. Tylko atomy spin-down są obrazowane w celu przedstawienia chmury atomowej, ponieważ w eksperymencie używane są mieszaniny spinowe 50:50.
  3. Chłodzenie ewaporacyjne poprzez obniżanie syfonu
    UWAGA: Standardowe chłodzenie wyparne służy do chłodzenia atomów fermionu 6Li w pobliżu reżimu zdegenerowanego. Pierwszy etap chłodzenia wyparnego jest kontrolowany przez impuls lasera światłowodowego, a drugi jest kontrolowany przez ODT AOM. Prawie zdegenerowany gaz Fermiego zostanie wykorzystany jako próbka do chłodzenia parametrycznego.
    1. Rozpocznij pierwszy etap chłodzenia wyparnego za pomocą oprogramowania sterującego, pulsując mocą lasera światłowodowego, co zwiększa głębokość pułapki ODT do U0, a następnie z powrotem do 0,1U0 (U0 to pełna głębokość pułapki o mocy lasera 100 W). Całkowity czas tego etapu wynosi 0,5 s.
      UWAGA: Czas trwania impulsu odpowiadający U0 powinien być ograniczony do 0,5 s, aby uniknąć efektu soczewkowania termicznego.
    2. Zaprogramuj ODT AOM z krzywą wykładniczą, jak pokazano na rysunku 1. Po zakończeniu pierwszego etapu chłodzenia wyparnego należy odczekać 30 ms, a następnie rozpocząć drugi etap chłodzenia wyparnego, obniżając głębokość syfonu z 0,1U0 do 0,01U0 za pomocą ODT AOM. Całkowity czas tego etapu to 1,5 s.
    3. Uzyskaj obrazowanie absorpcyjne zimnych atomów po schłodzeniu wyparnym.
      UWAGA: Po schłodzeniu wyparnym w ODT pozostaje około 105 atomów, które można obliczyć na podstawie obrazu absorpcji.

7. Chłodzenie parametryczne

  1. Modulacja głębokości pułapki
    1. Odczekaj 100 ms po przemiataniu magnetycznym do 527,3 G. Moduluj głębokość pułapki za pomocą ODT AOM o U(tm) = 0,01U0(1 + δcos(ωm tm)), gdzie δ to głębokość modulacji, a ωm to częstotliwość modulacji. Ustaw czas modulacji tm w programie sterującym modulacją parametryczną AFG. Sekwencja czasowa modulacji jest pokazana na rysunku 1.
      UWAGA: Jest to kluczowy krok implementacji chłodzenia parametrycznego.
    2. Zaprogramuj APG tak, aby uwalniał atomy z ODT poprzez nagłe wyłączenie wiązek pułapkujących. Pozwól gazowi rozszerzać się balistycznie przez 300 μs przed zastosowaniem obrazowania absorpcyjnego.
      UWAGA: Ekspansja balistyczna jest wykorzystywana z obrazowaniem absorpcyjnym TOF w celu uzyskania temperatury zimnych atomów.
    3. Uzyskaj obraz absorpcyjny zimnych atomów po schłodzeniu parametrycznym.
  2. Pomiar zależności od czasu
    UWAGA: W naszej poprzedniej pracy7, stwierdziliśmy, że zoptymalizowana częstotliwość chłodzenia parametrycznego wynosi 1,45ωx, gdzie ωx jest radialną częstotliwością pułapkowania ODT przy 0,01U0. Korzystając z tej częstotliwości, możemy selektywnie usuwać atomy o wysokiej energii wzdłuż kierunku osiowego.
    1. Ustaw głębokość modulacji na δ = 0,5 za pomocą programu sterującego AFG do modulacji parametrycznej.
    2. Użyj funkcji sterowania zewnętrznym wyzwalaczem modulacji parametrycznej AFG, aby zmienić czas modulacji od 0 do 600 ms poprzez zmianę numerów cykli modulacji.
      UWAGA: Wraz ze wzrostem czasu modulacji, rozmiar chmury atomowej będzie się zmniejszał, zwłaszcza kierunek osiowy. Odpowiednie wyniki przedstawiono na rysunku 9.
    3. Zbierz klatki obrazu z aparatu. Zapisz i przeanalizuj obrazy za pomocą programu sterującego CCD.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Korzystając z niniejszego protokołu, badamy zależność chłodzenia parametrycznego od czasu modulacji przy zoptymalizowanej częstotliwości i amplitudzie modulacji, które zostały określone w naszej poprzedniej publikacji7. W pierwszej kolejności przygotowujemy nieoddziałujący gaz Fermiego z atomów 6Li w dwóch najniższych stanach hiperprecyzyjnych w temperaturze T/TF ≈ 1,2. Tutaj TF = (6N)1/3...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Przedstawiamy eksperymentalny protokół parametrycznego chłodzenia nieoddziałującego gazu Fermiego w pułapce optycznej o skrzyżowanej wiązce. Kluczowe kroki tego protokołu obejmują: Po pierwsze, optycznie uwięziony gaz Fermiego musi zostać schłodzony do temperatury zdegenerowanej poprzez obniżenie głębokości pułapki. Po drugie, wybierana jest częstotliwość modulacji, która współbrzmi ze składową anharmoniczną potencjału pułapkowania. Po trzecie, intensywność wiązki pułapki jest modulowana w celu schłodzenia chmury atomowe...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia. Cytaty o konkretnych produktach i firmach służą wyłącznie wyjaśnieniu i nie stanowią poparcia autorów.

Podziękowania

Dziękujemy Ji Liu i Wen Xu za udział w eksperymentalnym przygotowaniu. Le Luo jest członkiem Indiana University Center for Spacetime Symmetries (IUCSS). Prace te były wspierane przez IUPUI i IUCRG.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
500 mW 671 nm ECDLTopticaTA ProIlość: 1
35 mW 671 nm ECDLTopticaDL-100Ilość: 1
671 nm AOMIsomet1206CIlość: 3
671 nm AOM SterownikIsomet630C-110Ilość: 3
100 W 1,064 nm CW laserIPG fotonikaYLR-100-1064-LPIlość: 1
1,064 nm AOMIntraActionATM-804DA6B Ilość: 1
Sterownik AOM 1,064 nmIntraActionME-805EH Ilość: 1
Generator funkcji arbitralnychAgilent 33120AIlość: 3
Cyfrowa tablica I/OUnited Electronic IndustriesPD2-DIO-128Ilość: 1
Platforma projektowania systemuNational InstrumentsLabVIEWIlość: 1
Analogowe urządzenie wyjściowe napięciaPomiar ComputingUSB-3104Ilość: 1
Kamera CCDHamamatsuOrca R2Ilość: 1
Arbitralny generator impulsówQuantum Composer9618+Ilość: 1
Analogowe urządzenie wyjściowe napięciaPomiar ObliczeniaUSB-3104Ilość: 1
20 A zasilaczIlość: 1
10 A zasilaczIlość: 1
120 AIlość: 2
wentylatorychłodząceIlość: zależy od konstrukcji aparatury
671 nm LustraIlość: zależy od konstrukcji aparatury
671 nm Ilość płytek: zależy od konstrukcji aparatury
671 nm Ilość płytek: zależy od konstrukcji aparatury
500 mW Ilość migawki: zależy od konstrukcji aparatury
671 nm SoczewkiIlość: zależy od konstrukcji aparatury
IzolatorIlość: 2, po jednym dla każdego
rozdzielaczaIlość: zależy od konstrukcji aparatury
FotodetektorThorlabsSM05PD1AIlość: 1
Multiplekser Analog DevicesADG409Ilość: 1
multiplekser Analog DevicesADG408Ilość: 2
SoczewkaIlość: 1 dla reduktora wiązki
1,064 nm soczewkaIlość: 1 dla reduktora wiązki
1,064 nm LustraIlość: zależy od konstrukcji aparatury
1,064 nm Płytki półfaloweIlość: zależy od konstrukcji
aparaturyIlość soczewek: zależy od konstrukcji aparatury
1,064 nm Polaryzatorcienkowarstwowy Ilość: 1
100 W, 1,064 nm Ilość zrzutu: 1
100 W, 1,064 nm Ilość miernika: 1
Generator funkcyjnyRF RigolDG4162Ilość: 1
Mini-obwodywzmacniacza mocy RFZHL-100W-GAN +Ilość: 1
zasilacz półfalowych ćwierćfalowych wiązki Faradaya wiązki polaryzacyjnej ECDL 671 nm płasko-wklęsła 1,064 nm płasko-wypukła 1,064 nm wiązki mocy

Bibliografia

  1. Petrich, W., Anderson, M. H., Ensher, J. R., Cornell, E. A. Stable, tightly confining magnetic trap for evaporative cooling of neutral atoms. Phys. Rev. Lett. 74 (17), 3352(1995).
  2. Ketterle, W., Druten, N. J. V. Evaporative cooling of trapped atoms. Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics. Bederson, B., Walther, H., et al. 37, Academic Press 181-236 (2003).
  3. Truscott, A. G., Strecker, K. E., McAlexander, W. I., Partridge, G. B., Hulet, R. G. Observation of Fermi pressure in a gas of trapped atoms. Science. 291 (5513), 2570-2572 (2001).
  4. DeMarco, B., Jin, D. S. Onset of Fermi degeneracy in a trapped atomic gas. Science. 285 (5434), 1703-1706 (1999).
  5. Granade, S. R., Gehm, M. E., O'Hara, K. M., Thomas, J. E. All-optical production of a degenerate Fermi gas. Phys. Rev. Lett. 88 (12), 120405(2002).
  6. Luo, L., et al. Evaporative cooling of unitary Fermi gas mixtures in optical traps. New J. Phys. 8 (9), 213(2006).
  7. Li, J., Liu, J., Xu, W., de Melo, L., Luo, L. Parametric cooling of a degenerate Fermi gas in an optical trap. Phys. Rev. A. 93 (4), 041401(2016).
  8. Poli, N., Brecha, R. J., Roati, G., Modugno, G. Cooling atoms in an optical trap by selective parametric excitation. Phys. Rev. A. 65 (2), 021401(2002).
  9. Kumakura, M., Shirahata, Y., Takasu, Y., Takahashi, Y., Yabuzaki, T. Shaking-induced cooling of cold atoms in a magnetic trap. Phys. Rev. A. 68 (2), 021401(2003).
  10. Li, J., et al. Sub-megahertz frequency stabilization of a diode laser by digital laser current modulation. Appl. Opt. 54 (13), 3913-3917 (2015).
  11. Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH. HiPic user manual. , (2016).
  12. Luo, L. Entropy and superfluid critical parameters of a strongly interacting Fermi gas [Ph.D. thesis]. , Duke University. (2008).
  13. Ries, M. A magneto-optical trap for the preparation of a three-component Fermi gas in an optical lattice [Diploma thesis]. , University of Heidelberg. (2010).
  14. Bartenstein, M., et al. Precise determination of 6Li cold collision parameters by radio-frequency spectroscopy on weakly bound molecules. Phys. Rev. Lett. 94 (10), 103201(2005).
  15. Gaunt, A. L., Schmidutz, T. F., Gotlibovych, I., Smith, R. P., Hadzibabic, Z. Bose-Einstein condensation of atoms in a uniform potential. Phys. Rev. Lett. 110 (20), 200406(2013).
  16. Bruce, G. D., Bromley, S. L., Smirne, G., Torralbo-Campo, L., Cassettari, D. Holographic power-law traps for the efficient production of Bose-Einstein condensates. Phys. Rev. A. 84 (5), 053410(2011).
  17. Roy, R., Green, A., Bowler, R., Gupta, S. Rapid cooling to quantum degeneracy in dynamically shaped atom traps. Phys. Rev. A. 93 (4), 043403(2016).
  18. Bukov, M., D'Alessio, L., Polkovnikov, A. Universal high-frequency behavior of periodically driven systems: from dynamical stabilization to Floquet engineering. Adv. Phys. 64 (2), 139-226 (2015).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Przeglądaj więcej artykułów

Metoda chłodzenia parametrycznegokrzyżowa pułapka dipolowa optycznapułapka magnetooptyczna MOTspowalniacz Zeemanachłodzenie ewaporacyjnemodulacja anharmonicznościchłodzenie w kierunku osiowympomiar energii Fermiegoobrazowanie absorpcyjne
Chłodzenie optycznie uwięzionego ultrazimnego gazu Fermiego poprzez okresową jazdę
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.