Atome Quantum Spin in ungeraden gekühltes Gas kontrolliert

Physiker haben eine neue Möglichkeit zum Steuern die Spins der Atome, eine Leistung gezeigt, die den Weg für neue Arten von Sensoren öffnen könnte, während auch Aufschluss über grundlegende Physik.

Wissenschaftler waren in der Lage, die Spins der Atome in der Vergangenheit zu lenken, ist diese neue Errungenschaft, die detailliert in der 6 Juni-Ausgabe der Zeitschrift Nature, das erste Mal haben sie es in einem seltsamen gekühltes Gas genannt ein Bose-Einstein-Kondensat getan.

Die Forscher sagen, dass das Ergebnis möglicherweise auch einen Schritt in Richtung Spintronik oder elektronische Schaltungen, die eine Elektronen-Spin statt seine Ladung zu verwenden, um Informationen zu tragen.

Gekühlte rubidium

Das Forschungsteam aus dem gemeinsamen Quantum Institute, das nationale Institut für Standards und Technologie (NIST) und der University of Maryland, verwendet verschiedene Laser, um Rubidiumatomen in einer Vakuumkammer zu fangen. Die Rubidiumatomen wurden in einer kleinen Wolke, etwa 10 Mikrometer auf eine Seite, wo 1 Mikrometer etwa so groß wie ein Bakterium ist. Die Atome waren auf wenige Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt. [Verrückte Physik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

Durch Kühlung der Atome, sind die Forscher erstellt ein Bose-Einstein-Kondensat, eine besondere Art von Gas in welche alle Atome in den gleichen mechanischen Quantenzustand, was bedeutet, sie alle hatten entweder "nach oben" oder "nach unten" dreht; Das Kondensat offenbart Phänomene, die normalerweise nur auf atomarer Skala gesehen werden.

Darüber hinaus sind sehr kalte Atome leichter zu verfolgen, da sie relativ langsam bewegen. Bei normalen Temperaturen die Atome bewegen sich schnell und das Gerät muss größer sein. "Sie wollen sich die Zeit geben, die ultrakalte Atome Sie geben,", sagte Studie Forscher Ian Spielman, NIST Physiker. "Und Sie können die ganze Sache auf weniger Raum."

Dann nutzten die Forscher einen anderen Satz von Lasern, schieben Sie das kalte Gas. Diese kleinen Stoß zog die Atome nur genug, die das Team sehen konnte, dass die Atome mit unterschiedlichen Spins oder magnetische Ausrichtungen, Umzug nach einer oder der anderen Seite, je nachdem, ob sie Spinnen waren nach oben oder unten.

Die Bewegung wird die Spin-Hall-Effekt genannt. Es geht um Partikel von verschiedenen Spins zu einer Seite oder der anderen ein Stück Stoff zu bewegen, wenn ein elektrischer Strom durch sie läuft. Die Partikel — können Elektronen oder Atomen werden – senkrecht zur Richtung des Stromes zu bewegen.

Spin-Hall-Effekte vor in Halbleitern erkannt wurden, aber dies ist das erste Mal ein Experiment mit einem Bose-Einstein-Kondensat getan worden.

Durch Induktion dieser Effekt in der Rubidium, zeigte das NIST-Team, dass sie kontrollieren könnten, wo die Atome der verschiedenen Drehungen, in diesem Fall ging durch die Anwendung eines Lasers.

Spintronik und Sensoren

Das Konzept hat andere Anwendungen, die eines davon ist "Spintronik." Spintronik Computer wäre mehr Daten speichern und Berechnungen schneller als herkömmliche Computer abschließen zu können.

Während niemand gekommen ist, in der Nähe von Spintronik Schaltungen zu entwickeln, sind näher am Horizont besser Inertialsensoren, die Beschleunigung und Bewegung zu erkennen. Anspruchsvolle in Physik-Experimente eingesetzt werden, sagte Spielman. Zum Beispiel kann beobachten die Atome der verschiedenen Drehungen Drift kleine Variationen in Schwerkraft und magnetische Felder anzeigen.

Über Grundlagenphysik das Experiment zeigte, dass da die Spin-Hall-Effekt, induzieren kann dann es auch möglich ist, die quantenmechanische Cousin zu induzieren. Die Quanten-Spin-Hall-Effekt beschreibt einen Zustand der Materie, die in zweidimensionalen Materialien besteht, die in der Regel Isolatoren anstelle von elektrischen Leitern sind. Es handelt sich um Spin-Up Partikel – in der Regel Elektronen – Durchführung an einem Rand des Isolators, während auf der anderen Seite Spin-Down Elektronen Reisen. Die in eine zukünftige Reihe von Experimenten untersucht werden, sagte Spielman.

Matthew Beeler, Erstautor und jetzt eine wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, sagte, dass das Experiment die "Toolbox" zur Verfügung, Wissenschaftler erweitert, Partikel und ihre Spins manipulieren wollen. "Die Macht ist die Fähigkeit, die Werkzeuge auf neue Weise zu kombinieren. Sie können Spin-Hall-Effekt und fügen es auf etwas anderes,"sagte Beeler.

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