Кіріспе
Атомдық масштабтағы құрылым қарсы бағытталған жарық сәулелері арқылы Старк эффектісі арқылы қалыптасады. Оптикалық тор қарсы таралатын лазер сәулелерінің интерференциясы арқылы құрылады, кеңістікте периодты поляризация үлгісін жасайды. Пайда болған периодты потенциал Старк эффектісі арқылы бейтарап атомдарды тұтқындауы мүмкін. Атомдар салқындатылып, потенциалдың экстремумдарында жиналады (көк түстік ауысқан торлар үшін максимумдарда, ал қызыл түстік ауысқан торлар үшін минимумдарда). Тұтқындалған атомдардың мұндай орналасуы кристалл торға ұқсайды және кванттық модельдеу үшін қолданылуы мүмкін. Оптикалық торда тұтқындалған атомдар кванттық туннельдеу арқылы қозғалуы мүмкін, тіпті тор нүктелерінің потенциалдық құдықтың тереңдігі атомдардың кинетикалық энергиясынан асып кетсе де, бұл өткізгіштегі электрондарға ұқсас. Дегенмен, егер құдықтың тереңдігі өте үлкен болғанда атомдар арасындағы өзара әрекеттесу энергиясы секіру энергиясынан жоғары болса, суперфлюидтік – Мотт оқшаулағышына өту мүмкін. Мотт оқшаулағышы фазасында атомдар потенциалдың минимумдарында тұтқындалады және еркін қозғала алмайды, бұл оқшаулағыштағы электрондарға ұқсас. Фермиондық атомдар үшін, егер құдықтың тереңдігі одан әрі арттырылса, атомдардың жеткілікті төмен температурада антиферромагниттік, яғни Нель күйін қалыптастыруы күтіледі.
An optical lattice is formed by the interference of counter propagating laser beams, creating a spatially periodic polarization pattern. The resulting periodic potential may trap neutral atoms via the Stark shift. Atoms are cooled and congregate at the potential extrema (at maxima for blue detuned lattices, and minima for red detuned lattices). The resulting arrangement of trapped atoms resembles a crystal lattice and can be used for quantum simulation. Atoms trapped in the optical lattice may move due to quantum tunneling, even if the potential well depth of the lattice points exceeds the kinetic energy of the atoms, which is similar to the electrons in a conductor. However, a superfluid–Mott insulator transition may occur, if the interaction energy between the atoms becomes larger than the hopping energy when the well depth is very large. In the Mott insulator phase, atoms will be trapped in the potential minima and cannot move freely, which is similar to the electrons in an insulator. In the case of fermionic atoms, if the well depth is further increased the atoms are predicted to form an antiferromagnetic, i. e. Néel state at sufficiently low temperatures.
Тарих
Атомдарды жарық толқынында тұрақтандыру идеясын алғаш рет В. С. Летохов 1968 жылы ұсынған.
Параметрлері
Оптикалық тордың екі маңызды параметрі бар: потенциал шұңқырының тереңдігі және периодтылығы.
Мүмкіндік тереңдікті бақылау
Атомдар сезінетін потенциал оптикалық торды жасау үшін қолданылатын лазердің қарқындылығымен байланысты. Оптикалық тордың потенциалдық тереңдігі лазердің қуатын өзгерту арқылы нақты уақытта реттелуі мүмкін, бұл әдетте акустооптикалық модулятор (AOM) арқылы басқарылады. АОМ лазер қуатының өзгеретін мөлшерін оптикалық торға бағыттау үшін қалыптастырылған. Фотодиод сигналын АОМ-ға кері байланыс арқылы лазердің қуатын белсенді түрде тұрақтандыруға болады.
Мерзімділікті бақылау
Оптикалық тордың периодтығы лазердің толқын ұзындығын өзгерту арқылы немесе екі лазер сәулесі арасындағы салыстырмалы бұрышты өзгерту арқылы реттелуі мүмкін. Тордың периодтығын нақты уақыт режимінде бақылау әлі де қиын міндет болып табылады. Лазердің толқын ұзындығын нақты уақытта үлкен диапазон ішінде өзгерту оңай емес, сондықтан тордың периодтығы әдетте лазер сәулелері арасындағы салыстырмалы бұрышпен реттеледі. Дегенмен, салыстырмалы бұрыштарды өзгерту кезінде, интерференция лазер сәулелері арасындағы салыстырмалы фазаға сезімтал болғандықтан, торды тұрақты ұстау қиын. Үлкен реттелу диапазонына ие титан-сапфир лазерлері, оптикалық тор жүйелерінде толқын ұзындығын тікелей реттеуге мүмкіндік беретін платформа ұсынады. Бір өлшемді оптикалық тордың периодтығын үздіксіз бақылау, тұтқындалған атомдарды өз орнында сақтап тұру, алғаш рет 2005 жылы бір осьті серво басқарылатын галванометрді пайдалану арқылы көрсетілді. Бұл "аккордеон торлары" тордың периодтығын 1,30-дан 9,3 мкм-ге дейін өзгерте алды. Соңғы уақыттарда тордың периодтығын нақты уақыт режимінде бақылаудың тағы бір әдісі көрсетілді, онда орталық жиек 2,7 мкм-ден аз жылғалы ал, тордың периодтығы 0,96 мкм-ден 11,2 мкм-ге дейін өзгерді. Тордың периодтығын өзгерту кезінде атомдарды (немесе басқа бөлшектерді) тұтқындап ұстауды тәжірибе жүзінде толығырақ тексеру қажет. Мұндай аккордеон торлары оптикалық торлардағы ультрасуық атомдарды басқару үшін пайдалы, мұнда кванттық туннельдеу үшін кішкентай аралық қашықтықтар маңызды, ал үлкен аралықтар жеке сайттарды манипуляциялауға және кеңістікте анықтауға мүмкіндік береді. Жоғары туннельдеу режиміндегі бозондар мен фермиондардың торлық орындарының толуын анықтау, кванттық газ микроскоптарында жүйелі түрде жүзеге асырылады.
Жұмыс істеу принципі
Негізгі 1D оптикалық тор екі қарсы бағытта таралатын, бірдей сызықтық поляризацияланған лазер сәулелерінің интерференциялық үлгісі арқылы қалыптасады, көбінесе жақын емес (алыс) режімде. Тұтқырлау механизмі Старк эффектісі арқылы жүзеге асырылады, онда резонанстан тыс жарық атомның ішкі құрылымында өзгерістер тудырады. Старк эффектісінің нәтижесі – интенсивтікке пропорционал потенциалдың пайда болуы. Бұл оптикалық дипольдік тұзақтардағы (ОДТ) тұтқырлау механизмімен ұқсас, бірақ басты айырмашылығы – оптикалық тордың интенсивтілігі стандартты ОДТ-ге қарағанда кеңістікте әлдеқайда күрт өзгереді. Сондай-ақ, бұл Обри-Андре моделіне қатысты. Осы гамильтондықтардың әсерімен атомдардың эволюциясын зерттеу арқылы гамильтондықтардың шешімдері туралы түсінік алуға болады. Бұл әсіресе теориялық немесе сандық әдістермен оңай шешілмейтін күрделі гамильтондықтар үшін маңызды, мысалы, күшті өзара әрекеттесетін жүйелер үшін.
Оптикалық сағаттар
Әлемдегі ең жақсы атомдық сағаттар Допплер эффектісіне және кері соққыға ұшырамайтын, тар спектрлік сызықтар алу үшін оптикалық торларда ұсталған атомдарды қолданады.
Кванттық ақпарат
Сонымен қатар, олар кванттық ақпараттық жүйелерді құру үшін де перспективті үміткерлер болып табылады.
Атомдық интерферометрия
Тербелген оптикалық торлар – тордың фазасы өзгертілгенде, тордың суреті алға-артқа қозғалатын – торда ұсталған атомдардың импульс күйін басқаруға қолданылады. Бұл басқару атомдарды әртүрлі импульстік топтарға бөлуге, оларды топтар арасындағы фазалық айырмашылықтарды жинақтау үшін таратуға және интерференциялық сурет жасау үшін қайта біріктіруге мүмкіндік береді.
Басқа қолданыстар
Суық атомдарды ұстаудан өзге, оптикалық торлар дифракциялық торларды және фотоникалық кристалдарды жасауда кеңінен қолданылады. Олар микроскопиялық бөлшектерді бөліп таңдауға да ыңғайлы, сондай-ақ жасуша тізімдерін құрастыруға мүмкіндік береді.