就是说，一个曲线（或波函数），可以是（x,y,z,t)的函数，也可以是（kx,ky,kz,t)的函数，kx=x momentum。
这两函数的mapping，就是fourier 变换。好像 mpeg4 也是通过变换到momentum space（座标）然后做truncation，使得一个常速画面需要表示的参数减少的。
这两函数的mapping，就是fourier 变换。好像 mpeg4 也是通过变换到momentum space（座标）然后做truncation，使得一个常速画面需要表示的参数减少的。
激光冷却技术及其在玻色–爱因斯坦凝聚中的应用
孙 广，张晓变
（河南质量工程职业学院 基础部，河南 平顶山 467000）
摘 要：介绍了激光冷却中性原子的原理，以及玻色–爱因斯坦凝聚的形成条件和实现途径，说明了激光冷却技术在玻色–爱因斯坦凝聚中的应用．
关键词：激光冷却；玻色–爱因斯坦凝聚；光学粘团 十多年来，一个新的研究领域——超冷原子物理学蓬勃发展起来．处于“超冷”状态（温度低于1 mK）的原子体系将遵从新的物理规律，其中特别有意义的是原子气体会出现玻色–爱因斯坦凝聚现象（BEC）
．2001年的诺贝尔物理奖就授予了在BEC实验实现和性质研究方面做出重要贡献的英国科学家康奈尔、维曼和德国科学家克特勒．玻色–爱因斯坦凝聚是科学巨匠爱因斯坦在70年前预言的一种新物态[1]．这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态（一般是基态）．这一物质形态具有的奇特性质，在芯片技术、精密测量和纳米技术等领域都有美好的应用前景．本文介绍激光冷却中性原子的原理，以及BEC的概念、形成条件和实现途径，并说明激光冷却技术在BEC中的应用．
1 激光冷却中性原子技术
根据分子运动论，在常温下一切原子、分子都在高速运动．以空气中的氢分子为例，室温下平均以
1100 m/s的速率运动，即使将温度降到3 K，它仍以110 m/s的速率运动．这样高速运动的粒子很难观察，更难进行精确测量．另外，随着温度的降低，众多原子通常会凝结成液体或固体，从而原子间产生强烈的相互作用，其结构和基本性能将发生显著变化．如何使原子分子的运动速度降至极小甚至接近于零，又使他们保持相对独立（相互作用很弱），这是物理学上的一个难题[2]．当温度足够低时，原子群会进入一种特
殊的状态——BEC状态．目前，人们利用激光冷却和捕陷技术使原子群呈现了这种特殊状态[3―5]．
激光冷却中性原子的物理思想是Schawlow和
Hansch在1975年提出的，他们认为利用激光的辐射压力可将原子气体冷却到极低的温度[6]．到20世纪80年代中期，在原子束横向冷却实验中，原子束流达到了前所未有的强度，原子的运动也可以得到精确控制[7]．
用准单色激光照射运动的原子，原子将损失动量而减速，如图1所示．设原子静止时吸收光子的频率为ν0，当原子以速度V逆着激光运动时，由于多普勒效应，共振吸收光子的频率是ν=ν0(1−V/c)，原子吸收光子后因自发辐射而回到初态，然后再吸收光子，再自发辐射……每次吸收一个光子，原子都在其运动方向上损失一部分动量，而每次自发辐射所发射光子的方向却是随机的．由于吸收光子时原子在其运动方向的动量减小，而辐射光子时原子动量变化量的平均值为零，所以多次吸收–自发辐射之后原子被减速，这种冷却机制称为“多普勒冷却”[8]．
图1 多普勒冷却中的原子和光子
Schawlow和Hansch提出激光冷却原子的思想以后，物理学家们花了近20年的时间来完善这项技术，已能将原子群的温度从室温冷却至几十nK，
其间物理中图分类号：O51
文献标志码：A
文章编号：1006-5261(2010)05-0007-02
孙 广，张晓变：激光冷却技术及其在玻色–爱因斯坦凝聚中的应用
·8· 学家们克服了很多技术难题，其中最主要的是原子减速后多普勒频移变小导致的原子吸收–自发辐射停止的问题．解决原子吸收–自发辐射停止问题的最有效
方法之一是塞曼频移补偿法，
1982年W. D. Phillips小组利用基于这一方法的“塞曼减速器”将钠原子的温度从室温冷却到了100 mK[9]．人们还采用一些新的冷却机制（如偏振梯度冷却、速度选择相干布居捕陷冷却、“蒸发”冷却和速度选择相干态粒子数囚禁等）一次次突破了原子温度的极限[10]．
2 激冷却技术在BEC中的应用
根据量子力学中的德布罗意关系λ=h/p，粒子的运动速度越慢（温度越低），其物质波的波长就越大．当温度足够低时，原子的德布罗意波长与原子之间的距离在同一数量级上，物质波之间通过相互作用而达到完全相同的状态，其性质可由单个原子的波函数描述．当温度接近绝对零度时，热运动现象就消失了．
BEC的实现首先要获得超冷玻色原子气体（一般采用磁光阱捕获并初步冷却足够多的冷原子），接着用塞曼冷却器减速，最后用“光学粘团”法进一步冷却．“光学粘团”法是激光冷却技术中的一种重要方法．
首次实现碱金属原子BEC实验的核心装置是磁光阱，它是利用磁场和光场建立的一种原子陷阱[8]．在磁光阱中，方柱形的玻璃容器是原子气室，上、下
2个平行反向电流线圈产生非均匀磁场（零场强点正好在气室中心），3对两两相对的激光束沿三个坐标轴交汇在气室中心．在磁场和激光的共同作用下，磁光阱气室中的原子将被冷却．磁光阱是所谓的“暗阱”（Dark Mot）
，可延长原子在阱内的停留时间，从而获得足够多的冷原子，以便接着采用“光学粘团”法进一步冷却碱金属原子从而获得超冷玻色原子气体．
在解决了一系列技术难题之后，碱金属原子的
BEC相继实现．1995年7月美国科罗拉多州的一个研究组报道他们首次实现了
87
Rb原子的BEC，同年8
月Rice大学的一个研究组报道实现了7Li原子的
mingda1986: 回复 panzky : DoS啊。。。我明白了你是想说用纵轴为E横轴为DoS的图吧。用能带是有原因的，除了把这两个联系起来，还有就是态密度就是diracdelta[w-E(k)]这个函数对于K空间的积分。。所以需要E(k)
BCS之美（四）：库伯对
|||
由于电子空穴组合，超导体内部电子在能量上的分布发生了变化。对于非超导材料来讲，温度为0的时候，电子填满在费米能级以下的所有能级。此时，如下图虚线所示，费米能级以上能级是空的，而费米能级以下是满的。但是，如果存在超导凝聚，在费米能级 EF附近，电子分布有一点点改变。此时，如下图红色实线所示，费米能级以上有了电子，费米能级以下有了空穴。
就是这样一个电子分布改变，导致超导体内电子发生凝聚。费米面附近的电子，也就是上图中红色曲线跨过EF附近的电子发生配对，形成动量为0的库伯对。由于它们的动量都是0，这就相当于玻色-爱因斯坦凝聚BEC。
库伯对是很奇特的。一个库伯对中的两个电子并不像氢原子中的电子和质子结合在
No comments:
Post a Comment