速度 ˙ ˜ xc ,我们可以将方程 (2) 展开到二阶,其中 ˜ x − 1 ≈ ˙ ˜ xc ∆ ˜ t 和 ˜ x − ˜ t + ˜ D ≈ ( ˙ ˜ xc − 1)∆ ˜ t
辨别活细胞、组织和材料的纳米级细节对许多现代研究工作至关重要。随着一组方法的出现,开辟了一条通往这一圣杯的道路,这些方法被统称为超分辨率显微镜 [ 1 , 2 ],能够突破衍射极限 [ 3 – 5 ]:传统上被认为是无法逾越的障碍。许多此类技术还可以揭示三维 (3D) 结构细节:相关示例包括受激发射损耗显微镜 [ 6 ]、PSF 工程 [ 8 – 12 ]、光激活定位显微镜 [ 7 ] 和多平面检测 [ 13 – 15 ],这只是其中的一部分。所有这些技术都依赖于非常精确的点源定位;它们的不同之处在于如何激发点物体以及如何收集相应发射的光子。对于 3D 成像,发射器经过荧光标记,确定其轴向位置是必不可少的一步。迄今为止,该问题已得到彻底研究,并已取得一些令人印象深刻的成果 [16]。但直到最近才开始考虑通过任何此类工程方法实现的基本深度精度 [17-19]。其背后的原理是系统地利用量子 Fisher 信息 (QFI) [20] 和相关量子 Cram´er-Rao 边界 (QCRB) 来获得与测量无关的极限 [21,22]。这与 Tsang 等人量化横向两点分辨率 [23-27] 的工作非常相似,后者已消除了瑞利诅咒 [28-31]。在最近的一项研究 [32] 中,已经确定了使用高斯光束的轴向定位的极限精度。只要将检测平面放置在一个最佳位置,只需一次强度扫描即可达到此极限。在本文中,我们概括了这些结果,并推导出拉盖尔-高斯 (LG) 光束轴向定位的量子极限,该光束携带量化的轨道角动量 [33]。在这里,光束腰充当点源在模式转换等之后发射的光的实现。另一个相关情况是在表面拓扑测量等中光束从表面的反射。通过线性叠加不同的 LG 模式,可以实现具有幅度、相位和强度模式的光束,这些光束在自由空间传播下简单旋转,保持横向形状。这些旋转结构是各种传感技术的核心 [34-37]。我们证明,强度扫描中只能获得全部(量子)信息的一小部分,其中只有一小部分可以归因于旋转。这清楚地证实了模式
光学涡旋描述的是电磁场中强度消失的奇点。光学涡旋是由电场的相消干涉引起的,在奇点附近,电场的相位从零上升到 2π 的整数倍。人们早在 1931 年就对电磁场中的这种奇点进行了讨论 [1]。然而,随着 Nye 和 Berry 发表了关于波列中位错的开创性论文 [2],以及证明光学涡旋光束实际上携带轨道角动量 [3],这一主题获得了新的发展动力。随着计算机生成的螺旋相位板 [4] 及其动态可编程对应物液晶空间光调制器 [5] 的推出,光学涡旋引起了更多的关注。演示内容包括捕获和旋转粒子[6]、制造微机械泵[7]、存储量子信息[8]、增强显微镜检查[9]等。
本汇编总结了时空光学涡旋 (STOV) 结构和特性的主要物理基础。描述和表征 STOV 的一般方法基于标量近轴高斯波包模型。在此基础上,任意阶的 STOV 结构被视为时空厄米-高斯模式的叠加。这种方法能够以明确且物理透明的形式系统地表征主要的 STOV 特性。特别是,我们分析了 STOV 振幅和相位分布、它们在自由传播和光学系统中的演变、内部能量流和轨道角动量。讨论并定性解释了拓扑决定的 STOV 固有不对称性以及“能量中心”和“概率中心”之间的差异 [Phys. Rev. A 107 , L031501 (2023)]。概述了 STOV 生成和诊断方法,并简要描述了非高斯(贝塞尔型)STOV 的主要特性。最后,考虑了整个文本中接受的标量高斯模型的局限性,并揭示了可能的概括。整个演示可能有助于初步介绍与 STOV 相关的思想及其非凡的特性。
超导体中的涡旋可以帮助识别出现现象,但是涡流的基本方面(例如它们的熵)仍然很众所周知。在这里,我们通过测量磁耐药性和对超薄纤维(≤2个单位细胞)的磁性抗性和Nernst效应,研究了不足的BI 2 SR 2 CACU 2 CACU 2 O 8+X中的涡旋熵。我们从具有不同掺杂水平的样品上的磁传输测量中提取伦敦穿透深度。它揭示了超级流动相位刚度ρs与超级传导过渡温度t c线性缩放,直至极不足的情况。在相同批次的超薄纤维上,我们通过芯片温度计测量Nern的效果。一起,我们获得了涡旋熵,并发现它用t c或ρs呈指数衰减。我们进一步分析了高斯超导波动框架中t c上方的nernst信号。在二维极限中电气和热电测量的组合提供了对高温超导性的新见解。
玻色-爱因斯坦凝聚态 (BEC) 是物质的一种量子态,其中玻色子粒子在单一本征态中形成宏观种群。预测这种状态的理论 [ 1 ] 等待了 70 年才在实验室中被探索 [ 2 , 3 ],这一里程碑式的成就开启了近 30 年在超冷原子和量子模拟器领域的卓有成效的研究 [ 4 ]。然而,尽管取得了进展,常用的 BEC 测量技术在提供的信息方面并不完整。成像是 BEC 测量技术的核心。通过将光照射穿过原子云并记录其投射的阴影,可以提取特定状态下原子的密度。通常有两种成像模式:原位,对仍在陷阱内的云进行成像,或飞行时间 (TOF)。后者通过打开陷阱并记录云膨胀后的原子密度来完成 [ 5 ];它类似于在光学中测量“远场”的强度。如果粒子在膨胀过程中不相互作用,并且云的初始尺寸相对于最终膨胀尺寸可以忽略不计,则 TOF 图像提供云的动量分布,即波函数的空间傅里叶变换的幅度。如果存在相互作用,但最终密度足够低,以至于它们可以忽略不计,则测量的动量分布的动能反映初始动能加上相互作用能。这些成像模式仅捕获状态的部分信息,因为它们仅在单个时间点和单个平面上测量密度,无论是原位还是 TOF。然而,BEC 是量子对象,因此它们是物质波 [6],其特征是振幅和相位。因此,要表征 BEC,必须在它们演化过程中获得其在空间中任何地方的振幅和相位的完整图。因此,依靠这两种模式,创新的
摘要 我们开发了一种带有粒子运动分析的油循环率 (OCR) 模拟技术,可以定量评估涡旋压缩机中形状和结构的影响。显然,粒子运动分析有利于分析油雾行为。分析包括三个模拟。这些模拟有三个不同的喷射器,它们定义了粒子的起始位置。第一个在固定涡旋的排出口,另一个在涡旋压缩机底部的油池上。最后一个喷射器在电机顶部,这三个模拟计算从压缩机排放到循环单元的颗粒数量。阐明了涡旋压缩机内部油雾行为的机制,并且这些模拟使得在各种模型的情况下,大多数计算结果都在测得的 OCR 的 ± 1wt% 以内。
在这项新研究中,科学家将理论模型与尖端实验相结合,在偶极超固体中创建并观察涡旋——这一壮举被证明极具挑战性。因斯布鲁克团队此前在 2021 年取得了突破,在铒原子超冷气体中创建了第一个长寿命二维超固体,这本身就是一项艰巨的任务。
超流体是一种迷人而奇特的物质状态,源于极低温度下的量子效应。超流体是一种液体,与传统流体的区别在于没有分子粘性。因此,低速穿过它的物体不会受到任何阻力。超流体的例子有 3He 和 4He、由稀碱性气体制成的玻色-爱因斯坦凝聚体 (BEC)、光学非线性系统中的光以及中子星的核心。超流体的应用范围从冷却超导材料和红外探测器到冷原子和湍流的纯基础研究。超流体湍流中最明显的量子效应是量子涡旋的存在。这种涡旋就像原子龙卷风,具有量化的循环。在 3He 和 4He 以及原子 BEC 等系统中,量子涡旋表现为流体动力学涡旋,重新连接和重新排列其拓扑结构。
携带轨道角动量 (OAM) 的表面等离子体极化子,即等离子体涡旋,在光学捕获、量子信息处理和通信领域引起了广泛关注。先前对近场 OAM 的研究仅限于产生单个等离子体涡旋,这不可避免地降低了进一步的片上应用。几何超表面是超材料的二维对应物,具有前所未有的操控电磁波相位、偏振和振幅的能力,为控制等离子体涡旋提供了灵活的平台。在这里,我们提出并通过实验演示了一种基于几何超表面实现太赫兹 (THz) 等离子体涡旋复用的方法。在圆偏振 THz 波的照射下,在金属/空气界面处产生多个具有相同拓扑电荷的等离子体涡旋。此外,还展示了从自旋角动量到多个等离子体 OAM 的转换,即具有不同拓扑电荷的多个等离子体涡旋。由具有不同平面方向的成对空气缝组成的几何超表面旨在展示这些特性。我们提出的方法可能为信息容量不断增加的片上应用开辟一条道路。