La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Atomi ultrafreddi in reticoli ottici Università degli Studi di Firenze Corso di Laurea in Fisica Firenze, maggio 2010 Leonardo Fallani

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Atomi ultrafreddi in reticoli ottici Università degli Studi di Firenze Corso di Laurea in Fisica Firenze, maggio 2010 Leonardo Fallani"— Transcript della presentazione:

1 Atomi ultrafreddi in reticoli ottici Università degli Studi di Firenze Corso di Laurea in Fisica Firenze, maggio 2010 Leonardo Fallani Corso di Fisica degli Atomi Ultrafreddi

2 Programma Intrappolamento laser Reticoli ottici Trasporto di atomi in potenziali periodici Esperimenti su atomi freddi e gas degeneri Effetti del disordine Effetti delle interazioni Ottica quantistica / Informazione quantistica

3 Interazione di dipolo Indice di rifrazione Polarizzabilità Rifrazione Trasferimento di impulso Forza Forza senza assorbimento

4 Optical tweezers Principio di funzionamento: Intrappolamento laser di oggetti macroscopici

5 Single-molecule trapping …e con singoli atomi? Caratteristica forza-lunghezza di un filamento di DNA D. Wang et al., Biophysical Journal 72, 1335 (1997)

6 Effetti meccanici nellinterazione radiazione/materia assorbimento (+ emissione spontanea) forza dissipativa (ad es. ) Processo fisico fondamentale: trasferimento di impulso da fotone ad atomo raffreddamento laser (MOT, melasse ottiche,...) intrappolamento (trappole ottiche, reticoli ottici,...) interazione dispersiva forza conservativa Interazione quasi-risonante: Interazione non-risonante: atomo: fotone:

7 Potenziale di dipolo Approccio semiclassico:Approccio quantistico: Interazione classica fra campo elettrico oscillante e dipolo elettrico indotto ac-Stark shift dei livelli atomici in un campo di radiazione con intensità non uniforme Potenziale di dipolo:

8 Potenziale di dipolo (1) modello semiclassico: interazione campo elettrico / dipolo indotto polarizzabilità atomica (complessa) campo elettrico oscillante dipolo elettrico indotto potenziale di dipolo rate di scattering di fotoni

9 Potenziale di dipolo (1) interazione non-risonante potenziale attrattivo potenziale repulsivo polarizzabilità atomica (complessa) assorbimento ( in controfase ad ) dispersione ( in fase ad )

10 Potenziale di dipolo (2) modello quantistico: AC Stark shift (light shift) dei livelli atomici interazione non risonante dressed states ac Stark shift eff. Stark dinamico light shift

11 trappole rosse trappole blu potenziale di dipolodetuning Optical traps

12 Observation of the dipole force J. E. Bjorkholm et al., Phys. Rev. Lett. 41, 1361 (1978). Focusing/depletion of an atomic beam

13 examples of red-detuned optical traps Optical traps single-beam trap crossed-beam trap

14 Ottica gaussiana Fasci Gaussiani TEM xy Cavità laser: risuonatore Fabry-Perot

15 Ottica gaussiana Modo fondamentale gaussiano TEM 00 Rayleigh length 1/e 2 beam radius beam divergence beam waist radius

16 Ottica gaussiana Some numbers:

17 Confinamento di atomi profondità di trappola frequenza di trappola parametri rilevanti: approssimazione armonica: potenziale di trappola:

18 Trappola a singolo fascio focalizzato (focused-beam trap) frequenza assiale aspect ratio frequenza radiale simmetria cilindrica ( 87 Rb)

19 Trappola a fasci incrociati (crossed-beam trap) ( 87 Rb)

20 Single-beam trap 1 mm

21 Crossed-beam trap 1 mm

22 Crossed-beam trap 1 mm

23 Blue-detuned optical traps Hollow-beam trapGravity + Evanescent wave trap Laguerre-Gauss beams total internal reflection

24 An optical lattice is the periodic potential resulting from the interference of two laser beams (with the same frequency) producing a standing wave pattern Optical lattices lattice spacing In the case of counterpropagating beams the spacing is /2 and the lattice potential is

25 Optical lattices A periodic potential for cold atoms may be easily obtained from the interference of two counterpropagating off-resonant laser beams: The atoms interact with a crystal of light: The periodic potential has no impurities and vibrations The lattice parameters can be precisely controlled

26 tuning potential strength Designing potentials with light tuning lattice spacing time-dependent potentials designing complex/disordered structures

27 Changing power... tuning potential strength tuning lattice spacing time-dependent potentials designing complex/disordered structures

28 Changing color... tuning potential strength tuning lattice spacing time-dependent potentials designing complex/disordered structures

29 Changing angle... tuning potential strength tuning lattice spacing time-dependent potentials designing complex/disordered structures

30 Changing relative detuning... tuning potential strength tuning lattice spacing time-dependent potentials designing complex/disordered structures

31 Adding lattices... tuning potential strength tuning lattice spacing time-dependent potentials designing complex/disordered structures

32 Quantum simulation of solid-state (transport, metal-insulator transition,...) Precision measurements (optical lattice clocks) Quantum information Ultracold atoms in optical lattices

33 Imaging single atoms Scanning electron microscopyHigh-resolution optical imaging

34 electrons in a crystal Introduction neutral atoms in optical lattices

35 Quantum transport Superfluidity Superconductivity Low-dimensions Magnetic systems Disorder... Introduction Ultracold quantum gases (BEC, Fermi gases) Atomic physics Condensed matter quantum simulators for ideal cond-mat models (Bloch, Hubbard, Anderson,...) atomic gases: control on external parameters, new detection possibilities...

36 Laser cooling N = 10 9 n = cm -3 T = 100 K Evaporative cooling N = 10 5 n = cm -3 T = 100 nK n = cm -3 T = 300 K Magnetic / optical trapping Room temperature gas Ultracold quantum gases QUANTUM DEGENERACY

37 electrons in solidsatoms in optical lattices n = electrons/cm 3 n = atoms/cm 3 q = C q = 0 m = kgm kg density mass charge lattice constantd = 3 Å d = 4000 Å Electrons vs atoms T F 10 5 K T F, T C 100 nK temperature


Scaricare ppt "Atomi ultrafreddi in reticoli ottici Università degli Studi di Firenze Corso di Laurea in Fisica Firenze, maggio 2010 Leonardo Fallani"

Presentazioni simili


Annunci Google