NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2015/nr-153-kristalvorming-bijzondere-atomen-doorgrond-dankzij-grafenmodel/

Geprint op :
14 december 2018
10:33:03

Het aantal Rydbergatomen dat in een ultrakoud gas vormt, varieert steeds minder naarmate de atomen een sterkere interactie met elkaar hebben. Onderzoekers van de Stichting FOM, de TU/e en de Universiteit van Buenos Aires hebben ontdekt hoe dat komt. Het systeem zet zichzelf klem.

Rydbergatomen bevatten elektronen die ver van de atoomkern bewegen. Deze elektronen zijn niet sterk gebonden aan de kern. Rydbergatomen hebben daardoor een aantal vreemde eigenschappen – ze reageren bijvoorbeeld sterk op elektrische en magnetische velden. Ook hebben de Rydbergatomen een ontzettend sterke interactie met elkaar. Dat zorgt voor het zogeheten blokkade-effect: nabij een Rydbergatoom kunnen geen andere Rydbergatomen meer ontstaan. Door slim gebruik te maken van deze blokkades, kunnen onderzoekers ruimtelijke structuren bouwen met de atomen, zoals kristallen. Nieuw onderzoek werpt nu nieuw licht op deze kristalvorming.

Wiskundig model
In hun publicatie vertalen de onderzoekers het ingewikkelde probleem naar een eenvoudiger grafenmodel. Dit wiskundige model bestaat uit een verzameling punten, de atomen, die met elkaar zijn verbonden. De atomen veranderen op willekeurige tijdstippen in Rydbergatomen. Daarbij voorkomen ze dat naburige deeltjes tegelijkertijd in Rydbergatomen kunnen veranderen. Het deeltjessysteem eindigt uiteindelijk in een stabiele situatie, waarin alle deeltjes Rydbergatomen zijn of geblokkeerd worden. Door te bestuderen hoe dit modelsysteem klem komt te zitten, konden de onderzoekers doorgronden waarom het aantal Rydbergatomen dat zich in een echt gas vormt, relatief weinig fluctuaties vertoont.

Theorie en experiment
"We waren verrast dat de theoretische resultaten zo sterk overeenkomen met de experimentele resultaten. Het model negeert namelijk belangrijke ruimtelijke aspecten, zoals de positie van ieder deeltje", zegt groepsleider Servaas Kokkelmans. Wegens het succes van het model denkt het team dat natuurkundigen het ook kunnen gebruiken om andere deeltjessystemen waarin complexe interacties een rol spelen te beschrijven.

Publicatie
J. Sanders, et al. Sub-Poissonian statistics of jamming limits in ultracold Rydberg gases,
Phys. Rev. Lett. 115, 043002 (2015).