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冷原子和电子束源: 热度 1 yanbohang 2015-3-2 05:09; 冷原子和电子束源自己长期做冷原子实验，旁边实验室是做电子源的，并没有想过两个可以交叉。最近才知道，这两个方向可以结合，并且有几个小组在用冷原子来做电子源。从物理原理来说，理论并不复杂，如下图，显示产生电子源的过程。图 1 ：产生电子源示意图。通过双光子过程，将 Rb 原子电离，这样就可以产生电子。因为冷原子没有热运动，因此产生的电子具有相同的能量，具有很好的相干性。这是相对于一般的固体靶来说的优势。当然，相对于固体靶来说，能原子的数目和密度都要低很多。产生的电子会比较少。 2011 年 NaturePhysics 上发表了一篇文章（ Nat.Phys. 7 785 (2011) ），就是研究用冷原子产生具有很好相干性的电子束。图 2 ：冷原子产生相干电子束。文章中通过调制电离激光，形成一个六角星形状。然后照射 MOT ，产生的电子在电场作用下加速，打到探测器上进行测量，如图 2 所示。这次产生的电子束保持了光束的形状，产生了六角星的电子束。这样获得的电子束最低温度为 10 （ 5 ） K ，具有很好的相干性。利用超冷原子的 Rydbergblocking ，应该可以产生单电子源。; 个人分类: 文献|4182 次阅读|1 个评论

电子和BEC的相互作用: yanbohang 2014-10-26 01:59; 电子和 BEC 的相互作用 Rydberg 原子一直是原子物理研究的热门课题。Bohr的原子模型关键实验证据就是Rydberg原子光谱。在冷原子出现后， Rydberg 原子和冷原子结合是热门研究课题，一方面，原子的参数可以很好地控制，可以精确地控制Rydberg态的激发，另一方面，冷原子提供更精密的测量，可以探测探测很多较弱的Rydberg态相互作用。不过欧洲拥有如此多冷 Rydberg 原子研究小组还是令人惊讶。一个法国朋友解释说，因为欧洲有研究Rydberg原子的传统，有些人以研究 Rydberg 原子著称，后来他们的很多学生找到科研岗位，自然而然就结合了 Rydberg 原子和冷原子。我喜欢这种简单粗暴的解释。冷 Rydberg 原子研究中，最著名的要算Rydberg原子之间的偶极限制效应（ dipole-block effect ）。当一个 Rydberg 原子被激发后，附近的原子受到这个 Rydberg 原子作用，激发到同样的 Rydberg 态能级会移动，当这个移动大于激发激光的Rabi频率时，就不在激发，因此抑制了其他 Rydberg 态的激发。这个效应在 Pfau 小组的 BEC 实验中， Saffman 小组的双势阱中， Grangier 小组的两个单原子等许多实验中被观察到了。还有很多小组希望用dipole blockade来进行量子信息研究。相对而言， Pfau 小组关于 Rydberg 原子的少体（ few-body ）的研究别具特色，最近几年，他们发表了很多 Rydberg 原子的文章，独具一格。比如 Rydberg态形成长程作用的分子， Rydberg 分子的永久电偶极矩，还有下面（ Nature502 664 （ 2013 ））的电子和 BEC 的相互作用。图 1 ：高激发的 Rydberg 原子，一个电子处于近弱束缚态，和中性原子（ BEC ）相互作用。如图所示，选择实验参数，由于dipole block效应，只激发一个Rydberg原子。被激发的电子处于弱束缚态，在 BEC 中和中性原子有相互作用。而这个相互作用的强度和带点粒子额质量成反比，因此带正电的 Rydberg 核部分和中性原子的相互作用可以忽略。因此整个物理图像就是一个电子和 BEC 的相互作用。而电子和中性原子的相互作用可以用 Fermi 的赝势描写，原子相当于受到一个平均势。其中波函数是 Rydberg 电子的波函数。由于这个平均势的存在，原子激发到Rydberg态的能级就会移动。通过选择激发到不同的 Rydberg 态，可以改变这个波函数，从而改变相互作用强度，从而改变激发的能级移动。实验过程容易理解。通过选择不同的激光频率，将原子激发到不同的Rydberg态。激发后的电子和原子相互作用，会加热原子。最后放开势阱，让原子自由飞行，只测量BEC部分原子数，计算由于加热导致的损失。实验结果如图所示，扫描激发频率，探测原子损失谱。图 2 ：激发到不同的 Rydberg 态的原子损失谱。由于电子和原子相互作用的平均场的存在，激发频率会有移动，这个移动就是电子和原子相互作用强度决定的。下图总结了激发频移和激发态之间的关系。同时，当将电子激发到更高的能态，平均作用的强度变小了，但是电子的波函数范围更大，总的效应是作用变强，导致更多的原子被加热，导致更多的原子损失。这在图2中有很好体现。当然，文章中对这些进行了仔细的定量分析。图 3 ：实验结果总结。; 个人分类: 文献|3716 次阅读|0 个评论

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