首次捕获单个原子

<正>近日,新西兰研究人员首次捕获到单个原子并让其发生受控反应,他们观察到了前所未见的原子间相互作用的情景。在最新研究中,研究人员在烤面包机大小的超真空室内,用高聚焦激光束,将3个原子分别俘获并冷却至百万分之一开尔文(约为零下273.15℃,接近绝对零度)。随后,他们让这些捕获的原子结合在一起,并测     

用激光阻停原子

美国国家标准局两个研究组已首次成功地将少量原子“冷冻”在受磁场约束的点上。这些冷却的原子可用来进行极端精密的原子光谱测量。这种精度对研究原子特性和检验近代物理的一些重大理论来说是很重要的。他们已将以1000米/秒速度运动的钠原子束阻停在其轨道上。为更精确起见,使束冷却以便产生     

利用“交流斯塔克效应”实现激光冷却气体原子

激光冷却和捕陷气体原于是激光光谱学中极为重要的新课题。本文提出利用光频移效应实现激光辐射冷却气体原子的建议。光照射原子可引起能级移动,这个现象称为光频移效应或交流斯塔克效应。实验证明,在激光照射下,光频移可达数千兆赫芝,并且能级移动是准瞬时的。用一个具有三能级系统的原子为例来说明这个建议。用一个强脉冲激光照射原子,激光频率ν_((?)2)接近两激发态的共振频率。在激光场的作用下中间能级将向下移动△E_(?),从微扰理论给出能级的移动为:     

激光致冷技术的新发展——1997年诺贝尔物理学奖

1997年10月15日瑞典皇家科学院宣布,1997年诺贝尔物理学奖将授予美国加利福尼亚州斯坦福大学的美籍华裔物理学家朱棣文教授,美国马里兰州的国家标准与技术研究所的威廉·菲利普斯博士和法国高等师范大学的克洛德·科昂-塔努吉教授,以表彰他们在利用激光冷却和捕获原子方面所做出的贡献。 获奖的3位物理学家曾在80年代后期发明并逐步改进了通过激光束来使气体达到接近绝对零度的方法,成功地利用激光所造成的原子“陷阱”限制了气体原子的无序运动,为人类精确研究单个原子及其内部结构创造了条件。     

超冷原子及其应用──1997年诺贝尔物理奖获奖工作简介

瑞典皇家科学院宣布1997年诺贝尔物理奖授予美国斯坦福大学朱棣文教授、法国巴黎高等师范学院克洛德·科昂一搭努吉教授和美国国家标准与技术研究所威廉·菲利普斯博士，奖励他们在激光冷却和捕获气体原子研究方面所作出的突出贡献。上海光机所从1979年就开始激光冷却和捕获气体原子的研究，我本人也与这三位获奖人有较多的联系，以下我想就结合自己对这一工作的认识简单地介绍一下今年的诺贝尔物理奖获奖工作。激光冷却气体原子是近十多年来发展非常迅速的研究领域。激光冷却的概念是由美国斯坦福大学的肖洛、汉斯等人于1975年提出的，其物…     

用热离子泡开展铯原子强电场特性研究

原子强电场效应的光谱研究大多利用原子束与脉冲激光开展,实验线宽一般为几至几十GHz.近年来随着连续波激光的应用,已有10MHz量级实验线宽的实验结果报道.在泡中开展高分辨电场效应研究也有几例报道,但均通过双光子激发,因而信号很弱,实验仅限干弱场下原子极化率的研究.最近我们将四极-偶极共振增强消Doppler光谱方法引入到     

宇宙的归宿

许多科学家相信,宇宙形成于一次巨大的爆炸。当从这次爆炸中释放出的能扩散时,它就冷却化为各种物质,成为恒星、行星等。一般认为,作为组成世间万物的基本物质,原子是不会消失的,因为一旦它们消失,地球乃至整个宇宙将不复存在。但有很多科学家相信构成原子的基本颗粒——质子确实会消失,它们会爆炸成为更轻的微粒,转变为能。质子若以这样的方式衰变,就意味着在遥远的将来宇宙间的万物都将化为乌有,仅仅只有能存在。换句话说,宇宙有一个末日。     

“原子激光器”初次登台亮相——玻色凝聚滴在原子阱内外场呈相干性

据Physics Today报道,美国麻省理工学院的W.凯特勒与他的合作者最近演示了“原子激光”实验他们在磁性原子阱内通过蒸发冷却把其中的钠原子云极度降温,使之成为玻色-爱因斯坦凝聚滴(BEC).     

三维原子探针技术在纳米复合永磁材料中的应用

三维原子探针(3DAP)是一种能分析逐个原子的仪器, 可以在纳米空间内分析导电材料中不同元素的原子分布, 是目前最微观的分析仪器, 广泛应用于纳米材料和传统材料中纳米析出相的研究. 用三维原子探针研究了Nd2Fe14B/a -Fe中不同元素的原子分布特征. 研究发现, 快淬薄带晶化处理后元素分布不均匀, 存在(1) 富B, Fe, 贫Nd, Zr, Co区; (2) 富Zr区; (3) 富Nd, Fe, 贫B, Zr, Co区. 这些区域是用其他分析手段难以观察到的.     

分子动力学模拟Ag-Pd 双金属团簇中不同位置Ag 原子偏析诱导的异常熔化

在双金属团簇中任意两种元素表面能的差别都会在团簇形成时产生偏析, 从而影响团簇的熔化、原子排布和结构. 因此双金属团簇中原子偏析行为的研究可以为新型纳米结构的可控制备提供理论基础. 本文用分子动力学结合嵌入原子方法研究了分布在团簇的核心层和亚表面层的Ag 原子偏析对(AgPd)₁₄₇ 团簇熔化的影响. 结果表明Ag 在Pd 团簇的不同位置时能量不同,在表面层时最稳定, 其次是核心层, 最后是亚表面层. 这造成了核心层的Ag 原子偏析到团簇的亚表面层时, 团簇原子能量随温度的增加而增大. 而亚表面层Ag 原子的偏析会使团簇原子能量随温度的增加而减小. 这种异常熔化的程度与偏析原子个数有关. 这为双金属团簇熔化行为的调节提供了有效途径.     

Cu,Ag,Au双原子原子簇及离子簇原子轨道间相互作用的研究

重原子原子簇电子结构的研究是科学家感兴趣的课题,其主要原因一方面是能提供有关金属-金属键的信息,另一方面是能更深入的研究从分子态到固体态的过渡问题.Cu,Ag,Au等制币金属的原子簇的结构和性质在理论上和实验上已有较多的研究,Weltner和Van Zee曾作了较详细的综述.在理论上包括有从头算方法、DIM(diatomic in molecules)方法、     

利用不稳定原子核的衰变研究核物质对称能的性质

对称能可表征核物质中质子和中子的同位旋不对称效应,在核物理和天体物理方面都具有非常重要的作用,例如会对原子核的质量、奇特原子核的结构与性质、重离子核反应的物理机制、中子星的结构与成分和冷却过程等产生重要影响.目前人们对核物质对称能关于密度的依赖行为了解得还不够清楚,尤其是在高于饱和密度区域,对称能的性质还存在很大的不确定性.研究表明,除了二阶对称能,四阶对称能也会对中子星的冷却过程产生重要影响,也会影响到中子星壳的内侧边缘的具体位置等,进而影响到中子星的结构性质.利用Hugenholz-van Hove(HVH)基本定理,对称能的性质可以直接与核子单粒子势联系起来.不稳定原子核的衰变可以用于提取核子单粒子势的相关性质,也可以用于研究核物质对称能的密度依赖行为.     

运动晶界附近硼偏聚行为的研究

微量杂质原子能够显著地降低再结晶过程中晶界的运动速度.Kasen用电阻法研究铝合金退火再结晶与晶粒长大过程,认为运动晶界能大量捕获溶质原子.本文利用硼径迹显微照相技术研究了含硼Fe-30%Ni合金高温热变形再结晶过程中硼在晶界上的偏聚行为,该合金在淬火至室温的过程中不发生γ-α相变,从而可以排除相变对组织和溶质原子分布的影响.1 实验材料与实验方法     

两能级系统中高保真度布居数反转

两能级量子系统中布居数反转的研究是量子调控中的前沿课题之一,在原子、分子物理以及量子信息等领域有着至关重要的意义.本文运用复合绝热通道技术,研究了正余弦函数形式外场驱动的两能级量子系统在有限时间内的跃迁问题,实现了有限时间内该系统的高保真度布居数反转.讨论了外场耦合强度、失谐强度等参数对跃迁概率的影响,发现只要选择合适的控制相位,在很大的参数范围内能够抑制跃迁概率的振荡,保真度能达到1,系统误差小于10?4,从而实现高效、快速、稳定,具有很好的参数鲁棒性的布居数完全反转.接着运用经典哈密顿量分析和验证了该方法的有效性和可行性.该技术适用于任何两能级系统,也能推广到多能级系统中,在量子信息、量子光学以及冷原子系统等领域有着广泛的应用.     

搜寻冷凝原子的道路

1995年的一天,美国国家标准局的几个官员来到科罗拉多大学博多分校。他们来检查一个政府资助的物理学项目——寻求冷凝原子。早在1924年,印度裔物理学家玻色和著名科学家爱因斯坦曾提出过一种假设:如果原子在极低温度下冷却,这时原子能聚集在一起,它们的能量能达到最低。这种凝聚物中所有的原子都有了统一的波长和频率。后来人们把这种物质称做     

激光单原子探测应用研究实验室

清华大学的“激光单原子探测应用研究实验室”是国家教委的开放实验室。该研究室的研究项目涉及单个原子、分子层次上的观测、识别与控制技术,是应用基础性研究的前沿学科。 这项研究又称原子(测控)技术或量子工程基础。该技术能将单位体积物质中存在的一个     

从月球开发热核燃料

裂变反应堆生产核能目前已经广泛应用.当今世界上已经有428座反应堆正在工作,分布在26个国家,这些国家生产了约1/6的世界电能.据预测,到2000年,核能所占的比重将增长到1/5.但是与这种能源相关的有一些严重的问题,从埋藏长效放射性废物到保障反应堆的安全都存在难以处理的问题. 幸而原子能不仅在重元素裂变时能释放,而且在轻元素聚变时也能释放.这种合成法获取原子能量,     

依赖强度耦合的Jaynes-Cummings模型的推广

Jaynes-Cummings模型(以下简称JCM)描述一个二能级原子与单模辐射场单光子的相互作用,它是量子光学最重要的模型之一。后来Sukumar等人,将这模型直接推广到多光子相互作用,这为研究原子的多光子跃迁提供了一个有效的工具。这两个模型有一个特点,即原子和辐射场的耦合程度与辐射场的强度无关。为反映原子与辐射场耦合对辐射场强度的依赖,Buck和Sukumar提出了一个依赖强度耦合的Jaynes-Cummings模型(取h=1单位):     

从原子到晶体的材料硬度研究

基于单位体积的抓电子能量, 将硬度概念由原子硬度、离子硬度拓展到了键硬度, 在这三个微观层次上研究了材料硬度的本质. 研究发现, 材料的硬度与其组成原子或离子的硬度没有直接关系, 而与其组成化学键的硬度直接相关, 本质上取决于其单位体积组成化学键的抓电子能量, 并由此建立了鉴别宏观材料硬度的微观模型. 该工作有助于人们在原子水平上认识材料硬度的本质, 对于探索新型超硬材料具有重要的理论指导意义和实际应用价值.     

先进材料的原子制造

为了实现更高效和更智能的产品和系统,需要发展更小尺度和更高精度的制造技术,以提高材料的性能、利用率和集成度.原子是物质的最小构筑基元,实现原子级精准制造(原子制造)能以最大的精度定制材料的结构和性质.原子制造能从物质世界底层(原子)出发进行制造,在此过程中,大量的新物质、新器件和新机理正在被发现.尽管原子制造尚处于起步阶段,但它是实现精准合成、定制材料性能的关键路线.本文首先从原子制造与传统制造的对比出发,阐明原子制造的内涵.接着以典型体系(包括单原子、团簇、二维材料和高熵合金)为例,从结构设计角度介绍材料的原子制造方法及科学原理.然后以量子信息技术、半导体器件和能源转化为应用场景,从物质的性质定制角度阐明原子制造的优势和价值.最后从发展兼具精准性和可批量性的原子制造方法、原子尺度机理探究、原子制造新材料和新器件等角度总结原子制造面临的挑战并展望未来发展.