論文の概要: Electrically controlled focusing of de Broglie matter waves by Fresnel
zone plate
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.09935v1
- Date: Thu, 15 Feb 2024 13:37:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-16 15:36:21.458138
- Title: Electrically controlled focusing of de Broglie matter waves by Fresnel
zone plate
- Title（参考訳）: フレネルゾーンプレートによるド・ブロイ物質波の電気制御集束
- Authors: Sushanta Barman and Sudeep Bhattacharjee
- Abstract要約: フレネルゾーンプレート(FZP、Fresnel Zone Plates)は、当初は光の操作用に設計されていたが、現在では物質波の応用が拡大している。
FZPバイアスは、原子と表面の相互作用を誘起偏極ポテンシャルに変化させることにより、中性原子の回折焦点を変調する。
発見は、ヘリウム顕微鏡の性能向上など、原子光学の様々な新しい応用に役立ちます。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The evolution from classical to quantum matter wave optics has been
influenced by transformative optical devices. Fresnel zone plates (FZP),
initially designed for light manipulation, have now found expanded applications
in matter waves. In this study, focusing of helium atoms by an electrically
biased FZP is investigated numerically. The $n$th opaque zone of the FZP is
subject to electrostatic biasing using three ways: (i) $V_n=V_1$, where $V_1$
is the biasing voltage applied to the central zone, (ii) $V_n=V_1 \sqrt{n}$,
and (iii) $V_n = V_1 \sin (k_E n)$, with $k_E$ being the radial modulation
factor. The effect of biasing the FZP on the transmission coefficient ($T_c$),
focal length ($f$), size of the focused wave packet ($\sigma_F$), transverse
intensity profile, and focusing efficiency ($\eta$) is investigated. The study
reveals that the electrical biasing of the FZP modulates the diffractive
focusing of neutral atoms by altering the atom-surface interaction with induced
polarization potential. It is observed that biasing with $V_n=V_1$ induces
multi-focusing of the FZP, reducing wave packet transmission and focusing
efficiency. Biasing with $V_n=V_1 \sqrt{n}$ significantly enhances the
transmission coefficient by $23.7\%$, increases the focal length $f$ by
$103\%$, and improves the focusing efficiency from $10\%$ to $20.17\%$,
indicating enhanced focusing performance. Biasing with $V_n=V_1 \sin(k_E n)$
offers increased controllability in focusing matter waves through the
parameters $k_E$ and $V_1$. In this case, a highly intense focused wave packet
with a better efficiency of $20.3\%$ is observed compared to the other cases.
The findings will be helpful in various emerging applications of atom optics,
such as improving the performance of helium microscopes, enabling control in
cold atom trapping on atom chips, and high-precision atom lithography for
quantum electronic devices.
- Abstract（参考訳）: 古典から量子物質波動光学への進化は、変換光学デバイスの影響を受けている。
フレネルゾーンプレート(fzp)はもともと光操作用に設計されたもので、物質波の応用範囲が拡大している。
本研究では、電気バイアスFZPによるヘリウム原子の集束を数値解析した。
fzpのn$th不透明ゾーンは以下の3つの方法で静電バイアスを受ける。
(i)$V_n=V_1$、$V_1$は中心領域に印加されるバイアス電圧である。
(ii)$v_n=v_1 \sqrt{n}$,および
(iii)$V_n = V_1 \sin (k_En)$,$k_E$が放射変調因子である。
送信係数(T_c$)、焦点長(f$)、集束波パケット(\sigma_F$)、横強度プロファイル、集束効率(\eta$)に対するFZPの偏りの影響を検討した。
本研究は、fzpの電気バイアスが、誘導偏光電位と原子-表面相互作用を変化させることで、中性原子の回折焦点を変調することを示した。
V_n=V_1$のバイアスはFZPのマルチフォーカスを誘導し、ウェーブパケット伝送と集束効率を低下させる。
V_n=V_1 \sqrt{n}$でのバイアスは送信係数を23.7 %$で大幅に向上させ、焦点長$f$を103 %$で増加させ、フォーカス効率を10 %$から20.17 %$に改善し、フォーカス性能の向上を示す。
v_n=v_1 \sin(k_e n)$ によるバイアスは、パラメータ $k_e$ と $v_1$ による物質波の集中制御性を高める。
この場合、他のケースと比較して、より効率の良い20.3\%$の高度に集中したウェーブパケットが観察される。
この発見は、ヘリウム顕微鏡の性能向上、原子チップ上の冷原子トラップの制御を可能にすること、量子電子デバイスのための高精度原子リソグラフィなど、原子光学の様々な新興応用に役立つだろう。
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