«Сверхизлучательный» фазовый переход в условиях оптических столкновений
Аннотация
Рассмотрена проблема высокотемпературных фазовых переходов для связанных атомно-оптических (одетых) состояний и поляритонов. На примере атомов рубидия показано, что достижение термодинамического равновесия для таких состояний оказывается возможным при взаимодействии атомов с не резонансным квантовым излучением в присутствии оптических столкновений (ОС) с атомами буферного газа сверхвысокого давления, а также находящихся при высоких температурах (до 530К). Для увеличения эффективности атомно-оптического взаимодействия рассмотрены специальные металлические микроволноводы, осуществляющие удержание (trapping) фотонов. В этом случае теоретически предсказан фотонный фазовый переход в сверхизлучательное состояние, обусловленный равновесным состоянием среды и поля. Показано, что при относительно больших отрицательных значениях атомно-оптической отстройки, а также при определенных параметрах волновода фотоноподобные поляритоны нижней дисперсионной ветви (НДВ) претерпевают высокотемпературный фазовый переход в конденсированное (сверхтекучее) состояние.
При поддержке: Работа поддержана грантами РФФИ № 10-02-13300, 11-02-97513, а также программами Министерства образования и науки РФ - 16.518.11.7030, 2.4053. 2011 и НШ-3088.2012.2. Авторы благодарны профессору Т. А. Вартаняну за полезные обсуждения.
Об авторах
И. Ю. Честнов
Владимирский государственный университет имени А. Г. и Н. Г. Столетовых
Россия
Россия
Честнов Игорь Юрьевич, аспирант кафедры Физики и прикладной математики,
г. Владимир.
А. П. Алоджанц
Владимирский государственный университет имени А. Г. и Н. Г. Столетовых
Россия
Россия
Алоджанц Александр Павлович, доктор ф.-м. наук, доцент, профессор кафедры Физики и прикладной математики,
г. Владимир.
С. М. Аракелян
Владимирский государственный университет имени А. Г. и Н. Г. Столетовых
Россия
Россия
Аракелян Сергей Мартиросович, доктор ф.-м. наук, профессор, профессор кафедры Физики и прикладной математики,
г. Владимир.
Список литературы
1. Л.П. Питаевский. Конденсаты Бозе-Эйнштейна в поле лазерного излучения. УФН, 2006, 176(4), 345-364; M. Greiner, O. Mandel, T. Esslinger T. W. Hänsch and I. Bloch. Quantum phase transition from a superfluid to a Mott insulator in a gas of ultracold atoms. Nature, 2002, 415, 39-52.
2. J. J. Hopfield. Theory of the Contribution of Excitons to the Complex Dielectric Constant of Crystals. Phys. Rev. 1958, 112(5), 1555-1567; В.М. Агранович. Дисперсия электромагнитных волн в кристаллах. ЖЭТФ, 1959, 37(2), 430-441.
3. H. Deng, G. Weihs, C. Santori, J. Bloch, Y. Yamamoto. Condensation of Semiconductor Microcavity Exciton Polaritons. Science, 2002, 298(1), 199-202; H. Deng, D. Press, S. Götzinger, G. S. Solomon. Quantum Degenerate Exciton-Polaritons in Thermal Equilibrium. Phys. Rev. Lett., 2006, 97, 146402; J. Kasprzak, M. Richard, S. Kundermann et al. Bose–Einstein condensation of exciton polaritons. Nature, 2006, 443. 409-414.
4. S. Utsunomiya, L. Tian, G. Roumpos et al. Observation of Bogoliubov excitations in exciton-polariton condensates. Nature Phys., 2008, 4, 700-705; A. Amo, D. Sanvitto, F. P. Laussy et al. Collective fluid dynamics of a polariton condensate in a semiconductor microcavity, Nature, 2009, 457, 291-295.
5. D. Snoke, A. Kavokin. Are we there yet? Progress in condensation of quasiparticles. Solid State Communications, 2007, 144 357–358.
6. Cohen-Tannoudji C., J. Dupont-Roc, G. Grynberg. Atom-Photon Interactions: Basic Processes and Aplications. Wiley, New York, 2004, 656 p.
7. R. E. M. Hedges, D. L. Drummond, and A. Gallagher. Extreme-Wing Line Broadening and Cs-Inert-Gas Potentials. Phys. Rev. A, 1972, 6(4), 1519-1544; N. Allard and J. Kielkopf. The effect of neutral nonresonant collisions on atomic spectral lines. Rev. Mod. Phys., 1982, 54(4), 1103-1182; A. Royer. Shift, width, and asymmetry of pressure-broadened spectral lines at intermediate densities. Phys. Rev. A, 1980, 22(4), 1625 (1980).
8. Лисица В. С. Яковленко С. И. Оптические и радиационные столкновения. ЖЭТФ., 1974, 66(5), 1550-1559; Яковленко С.И. Поглощение мощного резонансного излучения при столкновительном уширении линий. УФН., 1982, 136(4), 594-620.
9. U. Vogl, M. Weitz. Spectroscopy of atomic rubidium at 500-bar buffer gas pressure: Approaching the thermal equilibrium of dressed atom-light states. Phys.Rev.A, 2008, 78(1), 011401(R).
10. I. Yu. Chestnov, A. P. Alodjants, S. M. Arakelian, J. Nipper, U. Vogl, F. Vewinger, M. Weitz. Thermalization of coupled atom-light states in the presence of optical collisions. Phys. Rev. A, 2010, 81, 053843.
11. Р.В. Марков, А.И. Пархоменко, А.И. Плеханов, А.М. Шалагин. Генерация на резонансном переходе атомов натрия при нерезонансном оптическом возбуждении. ЖЭТФ, 2009, 136(2), 211-223.
12. A. P. Alodjants, I. Yu. Chestnov, S. M. Arakelian. High-temperature phase transition in the coupled atom-light system in the presence of optical collisions. Phys. Rev. A, 2011, 83, 053802.
13. U. Vogl, A. Saß, F. Vewinger, A. Solovev, Y. Mei, O. G. Schmidt. Light confinement by a cylindrical metallic waveguide in a dense buffer-gas environment. Phys. Rev. A, 2011, 83, 053403.
14. O. G. Schmidt, K. Eberl. Nanotechnology: Thin solid films roll up into nanotubes. Nature, 2001, 410(2), 168-169.
15. Е.М, Лифшиц, Л. П. Питаевский. Теоретическая физика. Том 9. Наука, М., 1978, 448 с.
16. K. Hepp, E. H. Lieb. On the superradiant phase transition for molecules in a quantized radiation field: the Dicke maser model. Annals of Physics, 1973, 76(2), 360-404; K. Rzazewski, K. Wodkiewicz, W. Zakowicz. Phase Transitions, Two-Level Atoms, and the A2 Term. Phys. Rev. Lett., 1975, 35(7), 432-434; G. Liberti, R. L. Zaffino. Critical properties of two-level atom systems interacting with a radiation field. Phys. Rev. A, 2004, 70(3), 033808.
17. Y. K. Wang and F. T. Hioe. Phase Transition in the Dicke Model of Superradiance. Phys. Rev. A, 1973, 7(3), 831-83.
18. P. R. Eastham and P. B. Littlewood. The thermal equilibrium of a model microcavity Bose condensation of cavity polaritons beyond the linear regime: The thermal equilibrium of a model microcavity. Phys. Rev. B, 2001, 64(23), 235101.
19. R. F. Harrington, Time-Harmonic Electromagnetic Fields. Wiley, New York, 2001, 490 p.
20. Y. Louyer, D. Meschede, and A. Rauschenbeutel. Tunable whispering-gallery-mode resonators for cavity quantum electrodynamics. Phys. Rev. A, 2005, 72(3), 031801(R).
Рецензия
Для цитирования:
Честнов И.Ю., Алоджанц А.П., Аракелян С.М. «Сверхизлучательный» фазовый переход в условиях оптических столкновений. Наносистемы: физика, химия, математика. 2012;3(2):73-84.
For citation:
Chestnov I.Yu., Alodjants A.P., Arakelian S.M. “Superradiant” phase transition in the presence of optical collisions. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. 2012;3(2):73-84. (In Russ.)
Просмотров:
12
Послать статью по эл. почте 