자기 트랩(atoms)

자기장 덫은 자기장 경사를 이용하여 중성 입자를 자기 모멘트로 가두는 기구다.그러한 함정은 물리학 연구에서 많은 목적으로 사용되었지만, 그것들은 보세-아인슈타인 응결을 달성하는 냉각 원자의 마지막 단계로 가장 잘 알려져 있다.자기 함정은 (매우 차가운 원자를 가두는 방법으로) 데이빗 E. 프리처드에 의해 처음 제안되었다.

작동 원리

많은 원자들은 자기 모멘트를 가지고 있다; 그들의 에너지는 공식에 따라 자기장에서 이동한다.

${\displaystyle \mathrm{\Delta }}$ ${\displaystyle E}$=${\displaystyle -\mu \stackrel{}{}}$→${\displaystyle \mu B\stackrel{}{}}$→ ${\$ E$=-{\vec {\mu}}\cdot {\vec{B$

양자역학의 원리에 따라 원자의 자기 모멘트는 정량화될 것이다. 즉, 그것은 특정한 이산형 값들 중 하나를 차지할 것이다.만약 원자가 강한 자기장에 놓여진다면, 원자의 자기 모멘트는 자기장과 정렬될 것이다.만약 다수의 원자가 동일한 장에 배치된다면, 그것들은 그 원자에 대해 자석 양자수의 다양한 허용 값에 걸쳐 분포될 것이다.

자기장 구배가 균일한 자기장에 중첩될 경우 자기장과 정렬된 모멘트가 더 높은 자기장에서 낮은 에너지를 가질 수 있다.언덕을 굴러 내려가는 공처럼 이들 원자는 더 높은 들판을 가진 위치를 차지하려는 경향이 있으며 "높은 들판을 찾는" 원자로 알려져 있다.반대로 자기장 반대편에 정렬된 자기 모멘트를 가진 원자들은 더 높은 장에서 더 높은 에너지를 가질 것이고, 더 낮은 장과 위치를 점유하는 경향이 있을 것이며, "저장 탐색" 원자라고 불린다.

자유 공간에서 자기장 크기의 국소 최대치를 생산하는 것은 불가능하지만, 국소 최소치를 생산할 수 있다.이 최소치는 최소에서 벗어날 수 있는 운동 에너지가 충분하지 않은 경우 저장 탐색 원자를 가둘 수 있다.전형적으로 자기장 함정은 상대적으로 얕은 자기장을 가지고 있으며 운동 에너지가 켈빈 분수의 온도에 해당하는 원자를 함정에 빠뜨릴 수 있을 뿐이다.자기 트랩에 필요한 자기장 미니마는 다양한 방법으로 제작할 수 있다.여기에는 영구 자석 트랩, Ioffe 구성 트랩, QUIC 트랩 등이 포함된다.

마이크로칩 원자트랩

자기장의 최소 크기는 "원자 마이크로칩"^[1]으로 실현할 수 있다.최초의 마이크로칩 원자 덫 중 하나가 오른쪽에 보인다.Z자형 도체(실제로 Si 표면에 그려진 금색 Z자형 스트립)를 균일한 자기장(그림에는 이장의 근원이 표시되지 않음)에 배치한다.양성 스핀장 에너지를 가진 원자만이 갇혀 있었다.스핀 상태의 배합을 방지하기 위해 외부 자기장은 칩의 평면에 기울어져 원자의 움직임에서 스핀의 단방향 회전을 제공했다.첫 번째 근사치에서 자기장의 크기(방향은 아님)는 갇힌 원자의 유효 에너지를 담당한다.표시된 칩은 2cm x 2cm이며, 이 사이즈는 제조가 용이하도록 선택되었다.이런 마이크로칩 트랩의 크기는 원칙적으로 대폭 줄일 수 있다.그러한 트랩의 배열은 전통적인 석판 방법으로 제조될 수 있다. 그러한 배열은 양자 컴퓨터용 q비트 메모리 셀의 시제품으로 간주된다.트랩 간에 원자 및/또는 q-bit를 전달하는 방법은 개발 중에 있으며, 단극 광학(오프리존스 주파수를 포함) 및/또는 전기 제어(추가 전극 포함)를 가정한다.

보세-아인슈타인 응축의 응용

보세-아인슈타인 응축(BEC)은 원자 기체 내 밀도가 매우 낮고 온도가 매우 낮은 조건을 요구한다.자기 광학 트랩(MOT)의 레이저 냉각은 일반적으로 원자를 마이크로켈빈 범위까지 냉각시키는 데 사용된다.그러나 레이저 냉각은 원자가 단일 광자로부터 받는 모멘텀에 의해 제한된다.BEC를 달성하려면 레이저 냉각의 한계를 넘어 원자를 냉각시켜야 하는데, 이는 MOT에 사용되는 레이저를 끄고 새로운 트래핑 방법을 고안해야 한다는 것을 의미한다.자기 트랩은 매우 차가운 원자를 수용하기 위해 사용되어온 반면 증발 냉각은 BEC에 도달할 수 있을 만큼 원자의 온도를 낮췄다.

참조

원천

• Pritchard, David E. (1983). "Cooling Neutral Atoms in a Magnetic Trap for Precision Spectroscopy". Physical Review Letters. 51 (15): 1336–1339. Bibcode:1983PhRvL..51.1336P. doi:10.1103/PhysRevLett.51.1336.
• Anderson, M. H.; Ensher, J. R.; Matthews, M. R.; Wieman, C. E.; Cornell, E. A. (1995). "Observation of Bose-Einstein Condensation in a Dilute Atomic Vapor". Science. 269 (5221): 198–201. Bibcode:1995Sci...269..198A. doi:10.1126/science.269.5221.198. PMID 17789847.

외부 링크

• 원자 트랩으로 작업하는 연구 그룹