Atomoptik

Atomoptik bezeichnet Techniken zur Manipulation der Flugbahnen und zur Nutzung der Welleneigenschaften neutraler Atome. ^{[ 1 ]} Typische Experimente verwenden Strahlen kalter, sich langsam bewegender neutraler Atome als Spezialfall eines Teilchenstrahls . Wie ein optischer Strahl kann auch der Atomstrahl Beugung und Interferenz zeigen und mit einer Fresnel- Zonenplatte ^{[ 2 ]} oder einem konkaven Atomspiegel ^{[ 3 ]} fokussiert werden .

Umfassende Überblicke zur Atomoptik bieten die Übersichtsarbeit von Adams, Sigel und Mlynek aus dem Jahr 1994 ^{[ 1 ]} sowie die Übersichtsarbeit von Cronin, Jörg und Pritchard aus dem Jahr 2009 ^{[ 4 ]} . Weiterführende Literatur zur Atomoptik findet sich im Resource Letter des American Journal of Physics aus dem Jahr 2017 ^{[ 5 ]} . Informationen zur Quantenatomoptik bietet die Übersichtsarbeit von Pezzè et al. aus dem Jahr 2018 ^{[ 6 ].}

Die Interferenz von Atomwellen wurde erstmals 1930 von Esterman und Stern beobachtet, als ein Na- Strahl an einer NaCl- Oberfläche gebeugt wurde . ^{[ 7 ]} Die kurze De-Broglie-Wellenlänge von Atomen verhinderte viele Jahre lang Fortschritte, bis zwei technologische Durchbrüche das Interesse neu entfachten: die Mikrolithographie, die präzise kleine Bauteile ermöglichte, und die Laserkühlung, die es erlaubte, Atome zu verlangsamen und so ihre De-Broglie-Wellenlänge zu erhöhen. ^{[ 1 ]}

Bis 2006 war die Auflösung von Bildgebungssystemen auf Basis von Atomstrahlen nicht besser als die eines optischen Mikroskops , hauptsächlich aufgrund der geringen Leistungsfähigkeit der Fokussierungselemente . Diese Elemente weisen eine kleine numerische Apertur auf ; üblicherweise wird bei Atomspiegeln streifender Einfall verwendet , wobei die Reflektivität mit zunehmendem Einfallswinkel drastisch abnimmt; für eine effiziente senkrechte Reflexion müssen die Atome ultrakalt sein , und die Handhabung solcher Atome erfolgt üblicherweise mithilfe von magnetischen , magneto-optischen oder optischen Fallen.

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts zeigten wissenschaftliche Veröffentlichungen über „Atom-Nanooptik“, evaneszente Feldlinsen [ ^{8 ] und} geriffelte Spiegel ^{[ 9 ] [ 10 ] deutliche Verbesserungen. [ 11 ]} Insbesondere kann ein Atomhologramm realisiert werden. ^{[ 12 ]}

• Atominterferometer
• Atomarer Nanoskop
• Elektronenmikroskop
• Quantenreflexion

• „Atomwave.org, RMP-Artikel, Cronin-Gruppe, Atom- und Optikwissenschaftler der Universität von Arizona“ . atomwave.org . Universität von Arizona. Archiviert vom Original am 9. November 2015. Abgerufen am 12. März 2024 .Ehemalige Website der Forschungsgruppe aus Arizona.

• Meystre, Pierre (2001). Atom Optics. Springer series on atomic, optical, and plasma physics, 33. New York: AIP Press/Springer. ISBN 0-387-95274-8. OCLC 45962873.ASIN 0387952748
• Meystre, Pierre (2021). Quantum Optics Taming the Quantum. Graduate Texts in Physics. Springer International Publishing, Cham. doi:10.1007/978-3-030-76183-7. ISBN 978-3-030-76183-7. OCLC 1346683874.