Зеркало рифленое

В атомной физике гребневое зеркало (или гребневое атомное зеркало , или дифракционное зеркало Френеля ) — это разновидность атомного зеркала , предназначенная для зеркального отражения нейтральных частиц ( атомов ), падающих под скользящим углом . Для того чтобы уменьшить среднее притяжение частиц к поверхности и увеличить отражательную способность, эта поверхность имеет узкие гребни. ^[1]

Отражательная способность ребристых атомных зеркал

В литературе обсуждались различные оценки эффективности квантового отражения волн от ребристого зеркала . Все оценки явно используют теорию де Бройля о волновых свойствах отраженных атомов.

Масштабирование силы Ван дер Ваальса

Гребни усиливают квантовое отражение от поверхности, уменьшая эффективную константу ван -дер-ваальсового притяжения атомов к поверхности. Такая интерпретация приводит к оценке отражательной способности ${\displaystyle ~C~}$

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

где — ширина гребней, — расстояние между гребнями, — угол скольжения , — волновое число, — коэффициент отражения атомов с волновым числом от плоской поверхности при нормальном падении. Такая оценка предсказывает усиление отражательной способности при увеличении периода ; эта оценка верна при . См. квантовое отражение для аппроксимации (подгонки) функции . ${\displaystyle ~\ell ~}$ ${\displaystyle ~L~}$ ${\displaystyle \displaystyle ~\theta ~}$ ${\displaystyle ~K=mV/\hbar ~}$ ${\displaystyle ~r_{0}(C,k)~}$ ${\displaystyle ~k~}$ ${\displaystyle ~L~}$ ${\displaystyle KL\!~\theta ^{2}\ll 1}$ ${\displaystyle ~r_{0}~}$

Интерпретация как эффект Зенона

Для узких хребтов с большим периодом , хребты просто блокируют часть волнового фронта. Тогда это можно интерпретировать в терминах дифракции Френеля ^{[2] [3]} волны де Бройля , или эффекта Зенона ; ^[4] такая интерпретация приводит к оценке отражательной способности ${\displaystyle L}$

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

где угол скольжения предполагается малым. Эта оценка предсказывает увеличение отражательной способности при уменьшении периода . Эта оценка требует, чтобы . ${\displaystyle \displaystyle ~\theta ~}$ ${\displaystyle ~L~}$ ${\displaystyle ~\ell /L\ll 1~}$

Фундаментальный предел

Для эффективных гребневых зеркал обе оценки выше должны предсказывать высокую отражательную способность. Это подразумевает уменьшение как ширины гребней, так и периода. Ширина гребней не может быть меньше размера атома; это устанавливает предел производительности гребневых зеркал. ^[5] ${\displaystyle \ell }$ ${\displaystyle L}$

Применение ребристых зеркал

Гребневые зеркала пока не коммерциализированы, хотя можно упомянуть некоторые достижения. Отражательная способность гребневого атомного зеркала может быть на порядки лучше, чем у плоской поверхности. Было продемонстрировано использование гребневого зеркала в качестве атомной голограммы . В работе Шимизу и Фудзиты ^[6] атомная голография достигается с помощью электродов, имплантированных в пленку SiN4 _над атомным зеркалом, или, может быть, как само атомное зеркало.

Гребневые зеркала также могут отражать видимый свет ; ^[5] однако для световых волн производительность не лучше, чем у плоской поверхности. Эллипсоидальное гребневое зеркало предлагается в качестве фокусирующего элемента для атомной оптической системы с субмикрометровым разрешением ( атомный наноскоп ).

Смотрите также

• Атомное зеркало
• Квантовое отражение
• Атомный наноскоп
• Эффект Зенона
• Волна материи

Ссылки

1. F. Shimizu; J. Fujita (2002). «Гигантское квантовое отражение атомов неона от ребристой поверхности кремния». Журнал Физического общества Японии . 71 (1): 5–8. arXiv : physics/0111115 . Bibcode :2002JPSJ...71....5S. doi :10.1143/JPSJ.71.5. S2CID  19013515.
2. Д.Кузнецов; Х.Оберст (2005). "Рассеяние волн на ребристых зеркалах" (PDF) . Physical Review A. 72 ( 1): 013617. Bibcode : 2005PhRvA..72a3617K. doi : 10.1103/PhysRevA.72.013617.^{[ мертвая ссылка ]}
3. H.Oberst; D.Kouznetsov; K.Shimizu; J.Fujita; F. Shimizu (2005). "Дифракционное зеркало Френеля для атомной волны" (PDF) . Physical Review Letters . 94 (1): 013203. Bibcode :2005PhRvL..94a3203O. doi :10.1103/PhysRevLett.94.013203. hdl : 2241/104208 . PMID  15698079.
4. Д.Кузнецов; Х.Оберст (2005). «Отражение волн от ребристой поверхности и эффект Зенона». 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). "Ridged atomic mirrors and atomic nanoscope". 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). "Голограмма отражательного типа для атомов". Physical Review Letters . 88 (12): 123201. Bibcode : 2002PhRvL..88l3201S. doi : 10.1103/PhysRevLett.88.123201. PMID  11909457.