espejo acanalado

En física atómica, un espejo con crestas (o espejo atómico con crestas , o espejo de difracción de Fresnel ) es una especie 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 las partículas hacia la superficie y aumentar la reflectividad, esta superficie tiene crestas estrechas. ^[1]

Reflectividad de espejos atómicos estriados.

En la literatura se analizan varias estimaciones de la eficiencia de la reflexión cuántica de 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. Tal 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, la distancia entre las crestas, el ángulo rasante , el número de onda y el coeficiente de reflexión de los átomos con número de onda desde una superficie plana en incidencia normal. Tal estimación predice el aumento 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 como efecto Zenón.

Para crestas estrechas con período grande , las crestas simplemente bloquean parte del frente de onda. Luego, puede interpretarse en términos de la difracción de Fresnel ^{[2] [3]} de la onda de Broglie , o el efecto Zenón ; ^[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 de pastoreo es pequeño. Esta estimación predice una mejora de la reflectividad al reducir el 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 dentados. ^[5] ${\displaystyle \ell }$ ${\displaystyle L}$

Aplicaciones de espejos estriados.

Los espejos acanalados aún no se comercializan, aunque se pueden mencionar ciertos logros. La reflectividad de un espejo atómico con crestas puede ser mucho 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 SiN ₄ sobre un espejo atómico, o tal vez como el propio espejo atómico.

Los espejos acanalados 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 elipsoidal con crestas como elemento de enfoque para un sistema óptico atómico con resolución submicrométrica ( nanoscopio atómico ).

Ver también

• espejo atómico
• reflexión cuántica
• nanoscopio atómico
• efecto zenón
• onda de materia

Referencias

1. F. Shimizu; J. Fujita (2002). "Reflejo cuántico gigante de átomos de neón desde una superficie de silicio estriada". Revista de la Sociedad de Física de Japón . 71 (1): 5–8. arXiv : física/0111115 . Código Bib : 2002JPSJ...71....5S. doi :10.1143/JPSJ.71.5. S2CID  19013515.
2. D. Kouznetsov; H. Oberst (2005). "Dispersión de ondas en espejos estriados" (PDF) . Revisión física A. 72 (1): 013617. Código bibliográfico : 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) . Cartas de revisión física . 94 (1): 013203. Código bibliográfico : 2005PhRvL..94a3203O. doi :10.1103/PhysRevLett.94.013203. hdl : 2241/104208 . PMID  15698079.
4. D. Kouznetsov; H. Oberst (2005). "Reflejo de ondas desde una superficie rugosa y el efecto Zenón". Revisión óptica . 12 (5): 1605-1623. Código Bib : 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. bisonte; K. Ueda; SRJ Brueck (2006). "Espejos atómicos estriados y nanoscopio atómico". Revista de Física B. 39 (7): 1605-1623. Código Bib : 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 reflejo para átomos". Cartas de revisión física . 88 (12): 123201. Código bibliográfico : 2002PhRvL..88l3201S. doi : 10.1103/PhysRevLett.88.123201. PMID  11909457.