Espejo estriado

En física atómica, un espejo estriado (o espejo atómico estriado , o espejo de difracción de Fresnel ) es un tipo de espejo atómico , diseñado para la reflexión especular de partículas neutras ( átomos ) que llegan en un ángulo de incidencia rasante . Para reducir la atracción media de partículas hacia la superficie y aumentar la reflectividad, esta superficie tiene estrías estrechas. ^[1]

Reflectividad de espejos atómicos estriados

En la literatura se han analizado diversas estimaciones de la eficiencia de la reflexión cuántica de las ondas en espejos estriados . Todas las estimaciones utilizan explícitamente la teoría de De Broglie sobre las propiedades ondulatorias de los átomos reflejados.

Escalado de la fuerza de van der Waals

Las crestas mejoran la reflexión cuántica desde la superficie, reduciendo la constante efectiva de la atracción de van der Waals de los átomos hacia la superficie. Esta interpretación conduce a la estimación de la reflectividad ${\displaystyle ~C~}$

${\displaystyle \displaystyle r\approx r_{0}\!\left({\frac {\ell }{L}}C,\!~K\sin(\theta )\right)}$,

donde es el ancho de las crestas, es la distancia entre crestas, es el ángulo rasante y es el número de onda y es el coeficiente de reflexión de los átomos con número de onda desde una superficie plana en la incidencia normal. Tal estimación predice la mejora de la reflectividad al aumentar el período ; esta estimación es válida en . Véase reflexión cuántica para la aproximación (ajuste) de la función . ${\displaystyle ~\ell ~}$ ${\displaystyle ~L~}$ ${\displaystyle \displaystyle ~\theta ~}$ ${\displaystyle ~K=mV/\hbar ~}$ ${\displaystyle ~r_{0}(C,k)~}$ ${\displaystyle ~k~}$ ${\displaystyle ~L~}$ ${\displaystyle KL\!~\theta ^{2}\ll 1}$ ${\displaystyle ~r_{0}~}$

Interpretación según el efecto Zenón

En el caso de crestas estrechas con períodos largos , las crestas solo bloquean una parte del frente de onda. Por lo tanto, se puede interpretar en términos de la difracción de Fresnel ^{[2] [3]} de la onda de De Broglie o el efecto Zeno ; ^[4] dicha interpretación conduce a la estimación de la reflectividad ${\displaystyle L}$

${\displaystyle ~\displaystyle r\approx \exp \!\left(-{\sqrt {8\!~K\!~L}}~\theta \right)~}$,

donde se supone que el ángulo rasante es pequeño. Esta estimación predice una mejora de la reflectividad en la reducción del período . Esta estimación requiere que . ${\displaystyle \displaystyle ~\theta ~}$ ${\displaystyle ~L~}$ ${\displaystyle ~\ell /L\ll 1~}$

Límite fundamental

Para espejos con crestas eficientes, ambas estimaciones anteriores deberían predecir una alta reflectividad. Esto implica una reducción tanto del ancho de las crestas como del período. El ancho de las crestas no puede ser menor que el tamaño de un átomo; esto establece el límite de rendimiento de los espejos con crestas. ^[5] ${\displaystyle \ell }$ ${\displaystyle L}$

Aplicaciones de los espejos estriados

Los espejos estriados aún no se comercializan, aunque se pueden mencionar ciertos logros. La reflectividad de un espejo atómico estriado puede ser órdenes de magnitud mejor que la de una superficie plana. Se ha demostrado el uso de un espejo estriado como holograma atómico . En el trabajo de Shimizu y Fujita, ^[6] la holografía atómica se logra mediante electrodos implantados en una película de SiN4 _sobre un espejo atómico, o tal vez como el propio espejo atómico.

Los espejos estriados también pueden reflejar la luz visible ; ^[5] sin embargo, para las ondas de luz, el rendimiento no es mejor que el de una superficie plana. Se propone un espejo estriado elipsoidal como elemento de enfoque para un sistema óptico atómico con resolución submicrométrica ( nanoscopio atómico ).

Véase también

• Espejo atómico
• Reflexión cuántica
• Nanoscopio atómico
• Efecto Zenón
• Onda de materia

Referencias

1. F. Shimizu; J. Fujita (2002). "Reflexión cuántica gigante de átomos de neón desde una superficie de silicio estriada". Revista de la Sociedad de Física de Japón . 71 (1): 5–8. arXiv : physics/0111115 . Código Bibliográfico :2002JPSJ...71....5S. doi :10.1143/JPSJ.71.5. S2CID  19013515.
2. D.Kouznetsov; H.Oberst (2005). "Dispersión de ondas en espejos estriados" (PDF) . Physical Review A . 72 (1): 013617. Bibcode :2005PhRvA..72a3617K. doi :10.1103/PhysRevA.72.013617.^{[ enlace muerto ]}
3. H. Oberst; D. Kouznetsov; K. Shimizu; J. Fujita; F. Shimizu (2005). "Espejo de difracción de Fresnel para una onda atómica" (PDF) . Physical Review Letters . 94 (1): 013203. Bibcode :2005PhRvL..94a3203O. doi :10.1103/PhysRevLett.94.013203. hdl : 2241/104208 . PMID  15698079.
4. D.Kouznetsov; H.Oberst (2005). "Reflexión de ondas desde una superficie estriada y el efecto Zenón". Optical Review . 12 (5): 1605–1623. Bibcode :2005OptRv..12..363K. doi :10.1007/s10043-005-0363-9. S2CID  55565166.
5. D.Kouznetsov; H. Oberst; K. Shimizu; A. Neumann; Y. Kuznetsova; J.-F. Bisson; K. Ueda; SRJ Brueck (2006). "Espejos atómicos estriados y nanoscopio atómico". Journal of Physics B . 39 (7): 1605–1623. Bibcode :2006JPhB...39.1605K. CiteSeerX 10.1.1.172.7872 . doi :10.1088/0953-4075/39/7/005. S2CID  16653364. 
6. F. Shimizu; J. Fujita (2002). "Holograma de tipo reflexión para átomos". Physical Review Letters . 88 (12): 123201. Bibcode :2002PhRvL..88l3201S. doi :10.1103/PhysRevLett.88.123201. PMID  11909457.