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从跟踪原子到利用电子自旋
maggie@lingenfelder-lab.com从简单的愿望到“看到原子”到探索绿色能源应用的电子旋转的旅程，这反映了我们对过去几十年来原子和亚原子世界的理解时的深刻进步。这些进步不仅在智力上令人满意，而且具有应对全球挑战的潜力，例如可持续能源。在我们的研究小组中，我们通过创建自定义的纳米结构材料来应对可持续能源的挑战，从而从自然界（生物仿生）中汲取灵感，从而整合了界面化学和表面物理学的基本原理。在此演示文稿中，我在光合作用过程中汲取灵感，以设计驱动电催化能量转换过程的土壤丰富的材料：例如CO 2电源和水分裂。使用尖端扫描探针显微镜使我们能够通过原位成像可视化纳米级的动态电化学过程[1]。我们收集的详细原子尺度信息激发了我们的进一步探索：使用利用电子旋转来增强电催化转换过程的非常规策略[2-4]。这种创新的方法使我们能够开发出最先进的材料，这些材料的电催化效率高两到三倍[3-4]。参考文献[1] Hai Phan，T.，Banjac，K.，Cometto，F。等。在Operando CO2电气中，电势控制的Cu-nanocuboid和石墨烯覆盖的Cu-nanocuboid的出现。纳米莱特2021 21，2059-2065。[2] Vensaus，P.，Liang，Y.，Ansermet，JP。等。通过磁场对质量传输的影响增强电催化。自然社区。2024，15，2867。[3] Liang，Y.，Banjac，K.，Martin，K。等。通过手性分子官能化杂交2D电极的手性分子官能化增强了电催化氧的进化。自然公共2022，13，3356。[4] Y. Liang，M。Lihter，M。Lingenfelder，用于清洁能量的电催化中的自旋控制。isr。J. Chem。 2022，62，e202200052。J. Chem。2022，62，e202200052。
利用原子自旋进行量子计算的硅光子学
教职员工：Jeff Young、Robert Raussendorf、Lukas Chrostowski 学生、博士后、研究人员：Kashif Awan、Jingda Wu、Xiruo Yan、Donald Witt、Becky Lin、Adam Darcie、Adan Azem、Abdelrahman Afifi、Sebastian Gitt、Matthew Mitchell、Andreas Pfenning、David Roberts 与西蒙弗雷泽大学的 Stephanie Simmons 团队合作。
N 原子对 O 原子与碳反应性的影响
图 5. 收集或得出的 CO（在 m/z = 28 处检测到）的飞行时间分布。纯氧（O/O 2 ）光束（黑色）的 CO 信号已按 0.29 的倍数缩放，以给出在没有任何氮影响的情况下混合氧/氮光束（蓝色）的预测 CO TOF 分布。红色曲线是用混合氧/氮光束检测到的实际 CO 信号。红色分布中的长尾是由于在 m/z = 28 处使用氧/氮光束和纯氮（N/N 2 ）光束收集的飞行时间分布形状略有不同（见图 3），这可能是由于两种光束从源室长时间逸出的 N 2 特性略有不同所致。当假设不受氮影响的情况下得出的 CO 信号乘以 1.6 倍时，所得信号幅度与使用混合氧/氮束测得的实际 CO 信号（绿色曲线）的幅度相匹配。
氮分子对正电子原子的共振散射
对于 v = 2 状态，其电子密度达到近 7 × 10 − 16 cm 2，而对于 v = 2 状态，其电子密度达到 4 . 5 × 10 − 16 cm 2 [ 24 ]。注意
第十五届欧洲原子、分子和光子会议
• 电子、原子和分子的碰撞、高电荷离子、天体物理过程 • 原子和分子光谱、光诱导过程 • 飞秒和阿秒物理学、反应动力学、相干控制、强场 • 团簇、纳米粒子、生物分子、表面相互作用和自组装 • 冷和超冷原子、分子和离子、简并量子气体、超冷等离子体 • 基础物理学、精密测量、原子干涉和原子钟 • 量子技术、量子光学、腔 QED、量子信息
ULTRACOLD SR ATOMS - 时间和频率分割
超冷物质的量子态工程和光场的精确控制共同实现了对光与物质相互作用的精确测量，可用于基础物理的精密测试。最先进的激光器可在一秒钟内保持光相位相干性。光频梳将这种光相位相干性分布在电磁波谱的整个可见光和红外部分，从而可以直接可视化和测量光波纹。同时，被限制在光学晶格中的超冷原子在两个时钟状态之间具有零差分交流斯塔克位移，这使我们能够在增强时钟信号的同时最大限度地减少量子退相干。对于 87Sr，我们在 698 nm 的 ISO _ 3 Po 双禁戒时钟跃迁中实现了 >2.4 x 10 14 的共振品质因数 [1]。这款新时钟的不确定度已达到 1 x 10。16，其不稳定性接近 1 x 10。1 秒时为 1:5 [2]。这些发展代表了超冷原子、激光稳定和超快科学的显著融合。进一步的改进仍然令人着迷，量子测量和精密计量相结合，探索下一个前沿。
超冷 Tm 原子中的光辅助碰撞
图 2. 实验装置。PBS 代表偏振分束器，蓝色 AOM 表示控制 3D 光学胶的声光调制器 (AOM)，吸收光束 AOM 代表控制成像光束频率失谐的 AOM，绿色锁 AOM 表示控制来自参考腔 (ULE 腔) 的 530.7 nm 激光频率失谐的 AOM，蓝色锁 AOM 代表控制来自参考腔 (ULE 腔) 的 410.6 nm 激光频率失谐的 AOM
硫族元素原子在大型原位剥离中的作用......
二维 (2D) 过渡金属二硫属化物已成为下一代光电和自旋电子器件的有前途的平台。使用胶带进行机械剥离仍然是制备最高质量的 2D 材料（包括过渡金属二硫属化物）的主要方法，但总是会产生小尺寸的薄片。这种限制对需要大规模薄片的研究和应用构成了重大挑战。为了克服这些限制，我们探索了使用最近开发的动力学原位单层合成法 (KISS) 制备 2D WS 2 和 WSe 2。特别是，我们关注了不同基质 Au 和 Ag 以及硫族元素原子 S 和 Se 对 2D 薄膜产量和质量的影响。使用光学显微镜和原子力显微镜表征了 2D 薄膜的晶体度和空间形貌，从而对剥离质量进行了全面评估。低能电子衍射证实 2D 薄膜和基底之间没有优先取向，而光学显微镜则表明，无论使用哪种基底，WSe 2 在生成大单层方面始终优于 WS 2。最后，X 射线衍射和 X 射线光电子能谱表明 2D 材料和底层基底之间没有形成共价键。这些结果表明 KISS 方法是非破坏性方法，可用于更大规模地制备高质量 2D 过渡金属二硫属化物。
具有单独控制的里德堡原子的多体物理学
任意体物理学研究相互作用的量子粒子集合的行为。这是一个广泛的领域，几乎涵盖了所有凝聚态物理学，也包括核物理学和高能物理学。尽管近几十年来取得了巨大的成功，但许多实验观察到的现象仍然没有完全令人满意的解释。从支配粒子间相互作用的微观定律推导出宏观特性的困难在于希尔伯特空间的大小随粒子数量呈指数级增长。实际上，最著名的从头算方法可以计算少于 50 个粒子的演化。要研究涉及大量粒子的相关问题（毕竟，即使 1 毫克的普通物质也已经包含 10 18 个原子！），必须依靠近似值，而解决多体问题的技巧很大程度上依赖于掌握近似值。然而，使用近似值并不总是可行的，而且可能很难评估它们的有效性范围。理查德·费曼 1 提出了一种前进的方法，即在实验室中建立一个合成量子系统，并实现一个感兴趣的模型，该模型目前尚无其他解决方法。该模型可能是对真实材料的近似描述，也可能是纯粹抽象的模型。在这种情况下，它的实现导致构建一个人工多体系统，而该系统本身也成为研究对象。这种方法的一个吸引人的特点是能够在其他方法无法达到的范围内改变模型参数，从而提供一种更好地理解它们各自影响的方法。例如，如果人们对原子间相互作用对特定系统相的作用感兴趣，那么合成系统就会变得有趣，因为它们允许以真实材料中通常不可能的方式改变其强度。费曼引入的方法通常被称为量子模拟 2 , 3 ，但它可以更广泛地被视为用合成系统探索多体物理：就像化学家设计表现出有趣特性（如磁性、超导性）的新材料一样，物理学家组装人工系统并研究其特性，希望观察到新现象。长期以来，这个想法一直停留在理论上，因为对量子对象的实验控制还不够先进。过去 20 年来，情况发生了根本性变化，
探索太空中超冷原子的极限 - SCARAB Bates
在 MAIUS 探空火箭任务中 [ 1 ] 成功产生和研究了原子玻色-爱因斯坦凝聚态，以及在国际空间站 (ISS) 上持续运行的冷原子实验室 (CAL) 用户设施 [ 2 ] 表明，可以在自由落体实验装置中进行超冷原子物理研究。这些实验利用了真空室内自由演化的超冷原子与真空室本身之间不存在差异重力加速度的情况。也就是说，在没有任何故意施加的力的情况下，量子气体仍然惯性地限制在实验装置的观测体积内。在这些装置内进行的实验充分利用了微重力的特性，例如，可以长时间观测自由膨胀的玻色-爱因斯坦凝聚态气体，通过原子光学操控将这些气体的膨胀能量最小化到皮开尔文能量范围 [ 3 , 4 ]。其他实验则利用微重力为超冷原子施加新的捕获几何形状，即通过射频修整磁捕获势产生的球壳（气泡）势，否则这些原子会因重力下垂而严重扭曲 [ 5 ]。已经设想了一个针对微重力下超冷原子和分子气体的综合研究议程，这一愿景正在指导 CAL 及其潜在升级的开发，以及 NASA 和德国航天局 (DLR) 的玻色-爱因斯坦凝聚态和冷原子实验室 (BECCAL) 联合任务的开发 [ 6 ]。如其他地方所讨论的 [7]，自由落体超冷原子实验装置中的无背景电位环境开辟了几个引人注目的研究方向。这些方向包括开发具有增强询问时间的原子干涉仪并利用惯性将物质波限制在物理对象附近的能力；研究相干原子光学，利用长时间追踪近单色物质波演化的能力；研究新型捕获几何中的标量玻色-爱因斯坦凝聚体；研究大型三维体积和均匀条件下的旋量玻色-爱因斯坦凝聚体和其他量子气体混合物；研究大范围内强相互作用的原子和分子量子气体