Jasne wiązki jonów generowane przez zimne atomy
Chłodzenie laserowe i pułapkowanie zrewolucjonizowały fizykę atomową, otwierając wiele nowych możliwości, w tym w zakresie nowych rodzajów materii. Postępy w tej dziedzinie przyniosły dwie nagrody Nobla przyznane w 1997 i 2001 roku odpowiednio za uzyskanie ultrazimnej plazmy i kondensatu Bosego-Einsteina. Kluczowym czynnikiem napędzającym ten postęp była możliwość produkowania niezwykle zimnych atomów i kontrolowania ich zachowania w temperaturze pokojowej. Chłodzenie laserowe znacząco zmniejsza prędkość poruszających się atomów. Finansowany ze środków UE projekt COLDBEAMS (Ultra-cold gas for the production of a bright electron and monochromatic ion source) połączył badaczy zajmujących się różnymi dziedzinami fizyki: od produkcji zogniskowanych wiązek jonów po chłodzenie laserowe i manipulowanie neutralnymi atomami. Ich celem było opracowanie nowych źródeł elektronów i jonów bazujących na atomach chłodzonych laserem. Do wygenerowania zogniskowanych wiązek jonów o wysokim poziomie jasności naukowcy wykorzystali atomy chłodzone laserowo. Chłodzenie laserowe i pułapkowanie mogą okazać się przydatne nie tylko w fizyce atomowej, ale również w innych dziedzinach, takich jak nanonauka, w której zogniskowane wiązki jonów można wykorzystać do przygotowywania próbek do mikroskopów elektronowych i badania powierzchni materiałów. Badaczom udało się uzyskać niezwykle jasną, skolimowaną wiązkę atomów cezu schłodzonych i uwięzionych w pułapce magnetooptycznej. Ten nowo opracowany system dowodzi możliwości wykorzystania zimnych atomów do generowania zogniskowanych wiązek jonów w mikroskopach jonowych i elektronowych oraz do obrazowania i obróbki. Zespół COLDBEAMS zademonstrował też możliwość produkowania wiązek jonów o określonym ładunku i kontrolowanych właściwościach dynamicznych. Wstępne wyniki projektu zostały opublikowane w czasopiśmie Physical Review A w artykule zatytułowanym „High-flux monochromatic ion and electron beams based on laser-cooled atoms”. Dokonane odkrycia z pewnością przyczynią się do rozwoju naukowego i technologicznego wielu dziedzin – od fizyki po chemię i biologię.
Słowa kluczowe
Mikroskop elektronowy, ultrazimne atomy, zogniskowane wiązki jonów, chłodzenie laserowe, COLDBEAMS
