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對(duì)于一個(gè)非物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，“原子束準(zhǔn)直器”聽(tīng)起來(lái)可能像一個(gè)相位器在發(fā)射神秘的粒子。這或許不是引入一項(xiàng)技術(shù)的最糟糕比喻，研究人員目前已將其小型化，使其更有可能在某一天應(yīng)用于手持設(shè)備。原子束準(zhǔn)直器主要是在物理實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)，它們?cè)诠馐邪l(fā)射出原子，產(chǎn)生奇異的量子現(xiàn)象，其性質(zhì)可能對(duì)精密技術(shù)有用。佐治亞理工學(xué)院(Georgia Institute of Technology)的研究人員希望，通過(guò)將準(zhǔn)直儀從小型設(shè)備的尺寸縮小到適合放在指尖尺寸，讓工程師們能夠使用這種技術(shù)來(lái)開(kāi)發(fā)原子鐘或加速計(jì)等先進(jìn)設(shè)備。 喬治亞理工大學(xué)物理學(xué)院副教授、該項(xiàng)研究的聯(lián)合首席研究員錢(qián)德拉·拉曼說(shuō)：這種設(shè)備可能是下一代陀螺儀，它是一種獨(dú)立于GPS的精確導(dǎo)航系統(tǒng)，可以在遠(yuǎn)離衛(wèi)星范圍的偏遠(yuǎn)地區(qū)或太空旅行時(shí)使用。這項(xiàng)研究由海軍研究辦公室資助，研究人員于2019年4月23日在《自然通訊》上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。這是準(zhǔn)直儀，原子束中的一些量子勢(shì)，以及微型準(zhǔn)直儀的形式如何幫助原子束形成新一代的技術(shù)。準(zhǔn)直原子束已經(jīng)存在幾十年了，但目前，準(zhǔn)直儀必須很大才能精確。
原子束從一個(gè)充滿(mǎn)原子的盒子里開(kāi)始，通常是銣原子，加熱成蒸汽，原子就會(huì)亂蹦亂跳。一根管子輕敲盒子，隨機(jī)原子以正確的軌跡射入管子，就像子彈射入獵槍的槍管一樣。就像子彈離開(kāi)散彈槍一樣，原子從管的一端射出，射得相當(dāng)直，但也會(huì)有隨機(jī)原子噴射以?xún)A斜的角度飛行。在原子束中，這種噴霧會(huì)產(chǎn)生信號(hào)噪聲，而改進(jìn)后的晶片準(zhǔn)直儀可以消除大部分噪聲，從而獲得更精確、幾乎完全平行的原子束。光束比來(lái)自現(xiàn)有準(zhǔn)直儀的光束更加聚焦和純凈，研究人員還希望他們的準(zhǔn)直儀能讓實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家更方便地創(chuàng)建復(fù)雜的量子態(tài)。 固定式慣性電機(jī)但更直接的是，準(zhǔn)直儀建立了牛頓力學(xué)，可以應(yīng)用于實(shí)際，改進(jìn)后的光束具有穩(wěn)定的慣性，因?yàn)榕c由無(wú)質(zhì)量光子構(gòu)成的激光束不同，原子具有質(zhì)量，因此具有動(dòng)量和慣性。這使得的光束成為束驅(qū)動(dòng)陀螺儀中潛在理想?yún)⒖键c(diǎn)，有助于跟蹤運(yùn)動(dòng)和位置變化。目前無(wú)gps導(dǎo)航設(shè)備中的陀螺儀在短期內(nèi)是精確的，但在長(zhǎng)期內(nèi)就不那么精確了，這意味著要經(jīng)常重新校準(zhǔn)或替換它們，這使得它們?cè)谠虑蚧蚧鹦巧喜荒敲捶奖恪?/p>
佐治亞理工大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院肯·拜爾斯教授、該研究的聯(lián)合首席研究員法魯克·阿亞茲說(shuō)：基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的傳統(tǒng)芯片規(guī)模儀器會(huì)隨著時(shí)間的推移受到各種壓力的影響而漂移。為了消除這種漂移，需要一個(gè)絕對(duì)穩(wěn)定的機(jī)制，這種原子束在芯片上產(chǎn)生了那種參照。 量子糾纏光束光束中的熱激發(fā)原子也可以轉(zhuǎn)化為里德伯原子，從而提供了豐富的量子特性。當(dāng)一個(gè)原子受到足夠的能量時(shí)，它最外層軌道上的電子就會(huì)向外撞擊，以至于原子膨脹起來(lái)。在如此遙遠(yuǎn)的軌道上以如此大的能量運(yùn)行，以至于最外層電子表現(xiàn)得像氫原子的孤電子，而里德伯格原子的行為就好像它只有一個(gè)質(zhì)子。可以利用里德伯格態(tài)來(lái)設(shè)計(jì)某些類(lèi)型的多原子量子糾纏，因?yàn)樵又g的相互作用比基態(tài)的兩個(gè)原子強(qiáng)得多。里德伯格原子還可以推進(jìn)未來(lái)的傳感器技術(shù)，因?yàn)樗鼈儗?duì)力的通量或比電子規(guī)模小的電子領(lǐng)域通量非常敏感，它們也可以用于量子信息處理。 光刻硅槽研究人員設(shè)計(jì)了一種非常方便的方法來(lái)制造這種新型準(zhǔn)直儀，這可能會(huì)鼓勵(lì)制造商采用這種方法：在平行于平板表面的硅片上切割狹長(zhǎng)通道。這些通道就像并排排列的槍管，用來(lái)發(fā)射一系列原子束。硅是一種非常光滑的材料，可以讓原子飛過(guò)去，也用于許多現(xiàn)有的微電子和計(jì)算技術(shù)。這為將這些技術(shù)與新的微型準(zhǔn)直儀結(jié)合在芯片上提供了可能。光刻技術(shù)用于蝕刻現(xiàn)有的芯片技術(shù)，用于精確地切割準(zhǔn)直儀的通道。 研究人員最大的創(chuàng)新是大大降低了散彈槍式噴霧，即信號(hào)噪聲。他們?cè)谕ǖ郎锨辛藘蓚€(gè)缺口，形成了由三組平行排列的桶組成的對(duì)齊的級(jí)聯(lián)。以?xún)A斜角度飛行的原子在縫隙處跳出溝道，那些在第一個(gè)溝道陣列中合理平行飛行的原子繼續(xù)向下一個(gè)溝道陣列飛行，然后這個(gè)過(guò)程從第二個(gè)溝道陣列重復(fù)進(jìn)入第三個(gè)溝道陣列，這使得新的準(zhǔn)直器的原子束具有非凡的直線(xiàn)度。
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來(lái)自： 博科園 > 《地球科學(xué)類(lèi)》
