CC BY
58
Semenov Alexsey Evgen’evich
Tranzas-Vijn.
E-mail: [email protected].
54, Maliy pr., St. Petersburg, 199178, Russia. Phone: 88123253131.
Kryukov Evgeniy Vasil’evich
E-mail: [email protected].
Rikovanov Dmitriy Pavlovich
E-mail: [email protected].
Semenov Dmitriy Alekseevich
E-mail: [email protected].
УДК 537.534.71
М.Д. Бавижев, M.A. Лайпанов, ftB. Кот УПРАВЛЕНИЕ ПОПЕРЕЧНЫМ ДВИЖЕНИЕМ АТОМОВ В МИКРОКАПИЛЛЯРНОЙ СИСТЕМЕ
На основе модели каналирования атомов в микрокапилляре рассмотрена модель поперечного охлаждения атомов в поле поверхностной световой волны внутри стеклянного
.
микрокапилляре и рассчитана длина эффективного охлаждения атома до энергии h2k2/2M. Создана трехмерная модель.
Атомы в микрокапилляре; модель поперечного охлаждения атомов; коэффициент .
M.D. Bavizhev, M.A. Laipanov, N.V. Kot
TRANSVERSAL MOTION ATOMS CONTROL IN MICROCAPILLARY
SYSTEM
On the basis of channeling fenomina atoms in a microcapillary the model of cross-section cooling of atoms in a field of a superficial evanescent light wave inside of a glass capillary is considered. The estimation of factor of attenuation for cross-section fluctuations of atom in a microcapillary is lead and the length of effective cooling of atom up to energy is calculated. The three-dimensional model is created.
Atoms in a microcapillary; the model of cross-section cooling of atoms; factor of attenuation.
.
значимость для электроники, поскольку это позволит увеличить плотность размещения транзисторов в одном чипе.
Наиболее перспективным для нанотехнологии является оптика нейтральных , , нейтральными атомными пучками. В настоящее время существует несколько подходов для управления потоками нейтральных атомных пучков. Эти подходы отличаются различными типами полей используемых для фокусировки нейтральных . , поскольку потенциал взаимодействия атома с оптическими полями гораздо выше, чем в случае статических полей.
. , , внутреннее отражение от границы раздела диэлектрик - вакуум, образует в ва-
кууме тонкую поверхностную волну, интенсивность которой равна первоначальной интенсивности излучения [1]. Интенсивность поверхностной волны резко затухает в вакууме на расстояниях, сравнимых с длиной световой волны, при этом создается громадный градиент напряженности электрического поля, сила которого способна повернуть траектории приближающихся к поверхности атомов.
Использование поверхностной световой волны для управления нейтральными пучками имеет много преимуществ по сравнению с прямым отражением от поверхности. Потенциал поверхностной световой волны при определенных условиях является отталкивающим для атомов, тогда как поверхностные атомные потенциалы стремятся притягивать атомы за счет сил Ван-дер-Ваапьса. Важно при ,
менее строгие требования к качеству поверхности элементов управления.
Охлаждение атомов. В работах [2, 3] рассмотрен механизм охлаждения щелочных атомов при отражении от поверхностной световой волны. Процесс охлаждения связан с оптической накачкой атома между подуровнями сверхтонкой структуры его основного состояния. Энергия атома в состояниях 1 и 2 определяется следующими выражениями [4]:
2 (1)
Щ1) =---------, (1)
^ 3 48
и2( 1) = - (1' (2)
2' ’ 3 4(8 + 8)
где Ок - резонансная частота Раби, 8 = О — О0 - расстройка лазерной частоты
О относительно частоты атомного перехода О0. При наличии спонтанных распадов атом ИЗ одетого СОСТОЯНИЯ 11, П} может перейти в одно из состояний
|/, П — 1 , (1)
вид Гп = д^/3 Г12 = (1 — д)^/3 Г13 = Г(/3)2 , где д = 0,72 коэффициент связи возбужденного состояния с подуровнем | ^ 1. Амплитуды потенциалов со-
стояний |1, П и |2,п — 1 существенно отличаются из-за разной отстройки поля по отношению к переходам 1 ^ и = 2^ ^ |е) . Спонтанный переход
|1, П ^ |2, п — 1 из более глубокого потенциала в менее глубокий сопровождается отбором у атома кинетической энергии ЛЕ± = и1(у) — и2 (у).
Движение атомов в микрокапилляре. В первом приближении процесс каналирования атома в микрокапилляре в поле поверхностной световой волны может быть рассмотрен следующим образом.
При отражении от стенки капилляра атом теряет часть поперечной энергии
EL, относительная потеря энергии Е± отраженных атомов при этом составляет ЛЕ/ Е± = 0,56, а минимальная энергия, до которой можно охладить атомы в радиальной плоскости Етп = Н2 к2/2Ы . Отсюда получаем поперечную энергию атома после 1 -го отражения от стенки капилляра Еи = Ею — Ею х 0,5(6,
Е±1 = Е±0 X 0,44, тогда Е±п = Е±0 X 0,44” после ” -го отражения. Теперь можно вычислить сколько раз атом отразится от стенки капилляра прежде чем достичь минимальной энергии охлаждения Етт:
” = ІОБ ( /Е±0 )/І0В I0,44 )• (3)
Каждый раз после отражения от поверхностной световой волны атом теряет часть поперечной энергии и, следовательно, увеличивается его пролетное время между стенками капилляра, которое вычисляется следующим образом
, = Iм) , іх . <4) '42 - Я ^Е±, - и (х)
где Яі - корень уравнения и(х) — Е±і = 0, і = 0...”. Полное время необходи-
”
мое для охлаждения атома до минимальной энергии есть Т = ^ їі . Зная про-
'=0
дольную скорость атома и время требующееся для поперечного охлаждения находим оптимальную длину капилляра Ь = Ц ХТ.
Исходя из формулы Е(і) = Е0 ехр(-2А.І), находим
— і
X = —— 1п
2Т
ҐЕ .
тт Е ^ ±0 У
(5)
С учетом потери энергии приходим к уравнению
х" + 2Хх + ю2 х = 0; (6)
2 1 д 2и (х)
где ю1 =----------Н1 .
М дх
(6) ( . 1). Переходя к трехмерной системе координат с учетом г =у!х2 + у2 для потенциала ПОЛЯ поверхностной световой ВОЛНЫ, получаем иъо(х,у) = и(іх2 + у2).
Уравнения движения для атома в этом случае запишутся в виде системы двух дифференциальных уравнений второго порядка
х + 2Хх + ю 2 х = 0
(7)
^У + 2Ху + Юу2 у = 0,
2 1 д 2и (х, у) 2 1 д 2и (х, у)
где ю =-----------4 и ю =-. При движении атома вдоль оси
х М дх2 у М ду2
і на него не действуют внешние силы, и уравнение движения записывается просто как ) = і0 +и2ї . Решая систему (7) получаем траекторию движения атома . . 2.
О 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
Рис. 1. Траектория атома в капилляре с учетом поперечного охлаждения
Рис. 2. Результат моделирования движения атома в капилляре
Очевидно, что подбирая соответствующим образом параметры лазера и капилляра можно создавать оптимальные условия для поперечного охлаждения атомных пучков целого ряда элементов, что позволит с успехом применять данную методику для параллельной фабрикации наноструктур. Использование же сборок с большим количеством капилляров может сделать данную методику еще и очень привлекательной.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. CookR.J., HillR.K. // Opt.Comm. 1982. Vol.43. - P. 258.
2. Ovchinnikov Yu.B., Soding J., Grimm R., Pisma v ZhETF. - 1994. - Vol. 61. - P. 23-27.
3. Овчин ников Ю.Б., Ларюшин Д.В., Балыкин В. И., Летохов B.C. // ЖЭТФ, 1995. - Т. 62. - С. 102.
4. J. Soding, R. Grimm, and Yu.B. Ovchinnikov, Opt. Comm. (in press).
Бавижев Мухамед Данильевич
Г осударственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо-Кавказский государственный технический университет».
E-mail: [email protected].
325028, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2.
Тел.: 88652560934; факс: 88652956808.
Лайпанов Магомед Аекербиевич Тел.: 89283105104.
Кот Николай Валериевич
E-mail: [email protected].
.: 89283896007.
Bavizhev Muxamed Danilevich
North Caucasus State Technical University (NCSTU). E-mail: [email protected].
2, Kulakova pr., Stavropol, 325028, Russia.
Phone: 88652560934; fax: 88652956808.
Kot Nikolay Valerievich
E-mail: [email protected].
Phone: 89283896007.
Laypanov Magomed Askerbievich Phone: 89283105104.
тб
