Кіріспе

Электромагниттік индукцияланған мөлдірлік (ЭМТ) – абсорбциялық сызықтың айналасындағы тар спектрлік диапазон ішінде ортаны мөлдір ететін когерентті оптикалық емес сызықтылық. Осы мөлдірлік "терезесінде" ең жоғары дисперсия туындайды, бұл төменде сипатталатын "баяу жарыққа" алып келеді. Бұл, негізінен, жарықты әдетте жарық өткізбейтін атомдық орта арқылы өтуге мүмкіндік беретін кванттық интерференциялық эффект. ЭМТ-ні бақылау үшін материалдың үш кванттық күйімен өзара әрекеттесуге бапталған екі оптикалық өріс (лазерлер сияқты жоғары когерентті жарық көздері) қажет. "Зонд" өрісі екі күйдің арасындағы резонансқа жақын болып, ауысудың сіңіру спектрін өлшейді. Ал "қосу" өрісі басқа ауысу кезінде резонансқа жақын реттеледі. Егер күйлер дұрыс таңдалса, қосу өрісі зонд анықтай алатын мөлдірліктің спектрлік "терезесін" жасайды. Қосу лазері кейде "бақылау" немесе "помпа" деп аталады, соңғысы спектрлік тесіктердің жануы немесе қанығу сияқты когерентсіз оптикалық емес сызықтылықтарға ұқсас. ЭМТ атомдық күйлер арасындағы ауысу ықтималдылығының амплитудасының деструктивті интерференциясына негізделген. ЭМТ-мен тығыз байланысты үйлесімді популяция тұтқыны (CPT) құбылыстары бар. ЭМТ-дегі кванттық интерференция атомдық бөлшектерді лазерлік салқындату үшін, тіпті кванттық механикалық қозғалыс күйіне дейін пайдалануға болады. 2015 жылы бұл оптикалық торға түсірілген жеке атомдарды тікелей бейнелеу үшін қолданылды.

Орташа талаптар

Үш күйдің конфигурациясына қатысты нақты шектеулер бар. Күйлер арасындағы үш мүмкін өтудің екеуі "дипольге рұқсат етілген" болуы керек, яғни өтулер тербелісті электр өрісімен туындатылуы мүмкін. Үшінші өту "дипольге тыйым салынған" болуы керек. Үш күйдің бірі қалған екеуімен екі оптикалық өріс арқылы байланыстырылған. EIT схемаларының үш түрі осы күй мен қалған екеуі арасындағы энергия айырмашылықтарымен ерекшеленеді. Схемалар: баспалдақ, Vee және Ламбда. Кез келген нақты материалдық жүйеде теориялық тұрғыдан EIT-ні қолдайтын көптеген күйлердің үштігі болуы мүмкін, бірақ қандай деңгейлерді пайдалануға болатынына қатысты бірнеше практикалық шектеулер бар. Жеке күйлердің дефазалық жылдамдықтары да маңызды. Кез келген нақты жүйеде нөлдік емес температурада кванттық күйлердің фазасын бұзатын процестер болады. Газ фазасында бұл көбінесе соқтығысуларды білдіреді. Қатты денеде дефазалық процестер электрондық күйлердің матрицамен өзара әрекеттесуіне байланысты. Күйдің дефазасы ерекше маңызды; идеалды жағдайда ол берік, метастабильді күй болуы керек. Қазіргі EIT зерттеулері сұйылтылған газдардағы, қатты ерітінділердегі немесе Бозе-Эйнштейн конденсаты сияқты ерекше күйлердегі атомдық жүйелерді пайдаланады. EIT электромеханикалық және оптомеханикалық жүйелерде де көрсетілді, онда ол оптомеханикалық түрде туындаған ашықтық деп аталады. Сонымен қатар, жартылай өткізгіштің наноқұрылымдары, мысалы, кванттық құдықтар, кванттық сымдар және кванттық нүктелер бойынша жұмыстар жүргізілуде.

Теория

EIT-ті алғаш рет теориялық тұрғыдан профессор Якоб Ханин мен Горький мемлекеттік университетінің (1990 жылы Нижний Новгородқа аталған) аспиранты Ольга Кочаровская ұсынған, Ресей; қазір EIT-ті теориялық тұрғыдан қарастырудың бірнеше әртүрлі тәсілдері бар. Бір тәсіл – екі күйдегі, бір өріс жүйесінің Раби тербелісін қозғау үшін қолданылатын тығыздық матрицасымен жұмыс істеуді кеңейту. Бұл тұрғыда жүйе күйлер арасында ауысудың ықтималдық амплитудасы деструктивті түрде араласып, сіңірудің алдын тоқтатуы мүмкін. Мұндағы "араласу" кванттық құбылыстардың (өткізулердің) араласуын білдіреді, оптикалық араласу емес. Мысал ретінде жоғарыда көрсетілген Ламбда схемасын қарастырайық. Зондтың сіңірілуі – күйден күйге өту арқылы анықталады. Өрістер халықты тікелей немесе басқа жолдармен қозғай алады. Әртүрлі жолдар үшін ықтималдық амплитудалары деструктивті түрде араласады. Егер күйдің өмір сүру мерзімі салыстырмалы түрде ұзақ болса, сіңіру сызығының ішінде толығымен мөлдір терезе пайда болады. Тағы бір тәсіл – "киілген күй" тұрғысынан қарау, онда жүйе + байланыс өрісінің Гамильтонианы диагональдалады және зондқа тигізетін әсері жаңа базада есептеледі. Бұл тұрғыда EIT Autler-Townes бөлінісі мен киілген күйлер арасындағы Fano араласуының комбинациясына ұқсайды. Екі шыңның арасында, мөлдірлік терезесінің ортасында зондтың кез келген күйге өтуіне себеп болатын кванттық ықтималдық амплитудасы нөлге тең болады. Поляритондық тұрғысы тоқтатылған жарық схемаларын сипаттауда маңызды. Мұнда зондтың фотондары когерентті түрде "қара күйдегі поляритондарға" айналады, олар ортаның қозулары болып табылады. Бұл қозулар фазалық декогеренция жылдамдығына байланысты белгілі бір уақыт бойы сақталады ("қорылуы" мүмкін).

Ауа райының баяулауы және тоқтатылған жарық

EIT – жарықты баяулату механизмінің көптеген түрлерінің бірі екенін түсіну маңызды. Крамерс-Кронинг қатынастары абсорбцияның (немесе күшейтудің) тар спектрлік диапазондағы өзгеруі ұқсас тар аймақтағы сындыру көрсеткішінің өзгеруімен бірге жүруі керек екенін көрсетеді. Бұл жылдам және оң өзгеріс өте төмен топтық жылдамдыққа әкеледі. EIT арқылы туындаған төмен топтық жылдамдықтың алғашқы эксперименталдық байқауы 1991 жылы Стэнфорд университетінде Боллер, Имамоглу және Харрис жасады. 1999 жылы Лене Хау ультрасуық натрий атомдарының ортасында жарықты баяулатуды хабарлады, бұл электромагниттік түрде индукцияланған ашықтыққа (ЭМТ) жауапты кванттық интерференциялық эффекттерді пайдалану арқылы мүмкін болды. Оның тобы Стивен Э. Харриспен бірге EIT бойынша көптеген зерттеулер жүргізді. "Толық сандық модельдеу және аналитикалық теорияны қолдана отырып, біз электромагниттік түрде индукцияланған ашықтық (ЭМИ) немесе ультра баяу жарық (УСЛ) көрсететін материалдарды қамтитын микроқуыстардың қасиеттерін зерттейміз. Біз мұндай жүйелердің кішкентай (толқын ұзындығына шамалас) және интеграцияланатын болса да, ерекше қасиеттерге ие болатынын анықтадық. Атап айтқанда, олардың қызмет ету мерзімі басқа қолданыстағы жүйелерге қарағанда әлдеқайда ұзақ болуы мүмкін және бір фотондық қуат деңгейлерінде сызықты емес толық оптикалық коммутацияны көрсетуі мүмкін. Мүмкін болатын қолданыстарға кішкентай атомдық сағаттар және толық оптикалық кванттық ақпаратты өңдеу кіреді". EIT ортасындағы баяу жарық бойынша қазіргі рекордты 1999 жылы Беркли университетінде Будкер, Кимболл, Рочестер және Ящук орнатып, ұстап тұр. Жылы термиялық рубидий буында топтық жылдамдық 8 м/с-қа дейін өлшенді. EIT ортасының контекстінде тоқтатылған жарық – фотондардың кванттық жүйеге және кері когерентті түрде берілуіне жатады. Бұл, негізінен, зонд импульсі әлі де EIT ортасында болған кезде, байланыстыратын сәулені адиабатикалық түрде өшіруді білдіреді. EIT ортасында тұтқындалған импульстердің эксперименталдық дәлелдері бар. Авторлар атомдық когерентті ортаның ішінде тұрақты жарық импульсін жасады. 2009 жылы Гарвард университеті мен МТИ зерттеушілері баяу жарық идеяларына негізделген кванттық оптика үшін көп фотонды оптикалық коммутаторды көрсетті. Лена Хау және Гарвард университетінің командасы тоқтатылған жарықты алғаш рет көрсетті.

EIT салқындату

EIT әдісі иондық тұзақтағы атомдардың ұзын тізбектерін олардың қозғалыс негіздік күйіне дейін лазерлік салқындату үшін қолданылды. Салқындату техникасын түсіндіру үшін, негізгі күйі, қозған күйі және олардың арасында орналасқан тұрақты немесе метастабильді күйі бар үш деңгейлі атомды қарастырайық. Қозған күйі дипольдік байланыс арқылы және интенсивті "қосылатын" лазер резонанстан жоғары жиілік ауытқуында ауысуды қоздырады. Ауысу амплитудаларының кванттық интерференциясының нәтижесінде, резонанстан жоғары жиілік ауытқуындағы әлсіз "салқындату" лазері сіңіру профилінде Фаноға ұқсас ерекшелікті байқайды. EIT салқындатуы , яғни тасымалдаушы ауысуы Фаноға ұқсас ерекшеліктің қараңғы резонансында жататын жағдайда жүзеге асырылады, мұнда атомның квантталған қозғалыс күйін белгілеу үшін қолданылады. Қосылатын лазердің Раби жиілігі "қызыл" бүйірлік жолақтың Фаноға ұқсас ерекшеліктің тарMaximum-та орналасуы үшін таңдалады. Керісінше, "көк" бүйірлік жолақ төмен қоздыру ықтималдығы бар аймақта орналасқан, төмендегі суретте көрсетілгендей. Қоздыру ықтималдықтарының үлкен арақатынасына байланысты, салқындату шегі доплерлік немесе бүйірлік жолақтық салқындатуға қарағанда төмендейді (бірдей салқындату жылдамдығын ескере отырып).

Негізгі жұмыс

О. Кочаровская, Я. И. Ханин, Сов. Физика. JETP, 63, p945 (1986)
К. Ж. Боллер, А. Имамоглу, С. Э. Харрис, Физикалық шолу хаттары 66, p2593 (1991)
Эберли, Дж. Х., М. Л. Понс және Х. Р. Хак, Phys. Rev. Lett. 72, 56 (1994)
Д. Будкер, Д. Ф. Кимболл, С. М. Рочестер және В. В. Ящук, Физикалық шолу хаттары, 83, p1767 (1999)
Лене Вестергаард Хау, С. Э. Харрис, Закари Даттон, Сайрус Х. Бехрузи, Nature v.397, p594 (1999)
Д. Ф. Филлипс, А. Флейшхауэр, А. Мейр, Р. Л. Уолсворт, М. Д. Лукин, Физикалық шолу хаттары 86, p783 (2001)
Наоми С. Гинзберг, Шон Р. Гарнер, Лене Вестергаард Хау, Nature 445, 623 (2007)

Қарап шығу

Харрис, Стив (1997 жылдың шілдесі). Электромагниттік түрде туындаған мөлдірлік. Physics Today, 50 (7), 36–42 бб. (PDF форматы)
Закари Даттон, Наоми С. Гинзберг, Кристофер Слоу және Лене Вестергаард Хау (2004). Жарықты бағындыру өнері: аса баяу және тоқтатылған жарық. Europhysics News, 35 том, 2 нөмір.
М. Флейшхауэр, А. Имамоглу және Ж. П. Марангос (2005). "Электромагниттік түрде туындаған мөлдірлік: Когерентті ортадағы оптика". Reviews of Modern Physics, 77, 633.