气相沉积技术在原子制造领域的发展与应用

随着未来信息器件朝着更小尺寸、更低功耗和更高性能方向的发展,构建器件的材料尺寸将进一步缩小.传统的"自上而下"技术在信息器件发展到纳米量级时遇到瓶颈,而气相沉积技术由于其能在原子尺度构筑纳米结构引起极大关注,被认为是最有潜力突破现有制造极限进而在原子尺度构造、搭建物质形态的"自下而上"方法.本文重点讨论适用于低维材料的原子尺度制造的分子束外延技术和原子层沉积/刻蚀技术.简要介绍相关技术中蕴含的科学原理及其在纳米信息器件加工和制造领域的应用,并探讨如何在原子尺度实现对低维功能材料厚度和微观形貌的精密控制.     

原子设计材料科学与技术(Ⅰ)

科学实验技术的发展，使得人们有可能在原子尺度上人工合成材料，例如，原子团簇、团簇材料、线性链、多层异质结构、超薄膜等．这些材料的特征是维数低，对称性减小，几何特征显著．文章强调原子工程作为这些领域的交接点，重点讨论了原子设计材料的合成、表征和应用．考察了有限尺度和减少维数对这些材料的电磁、光和化学性质的影响和作用．从物理学、化学、材料科学和化学工程等多学科的角度研究了这一新出现领域的现状和未来     

对被囚禁原子质心运动基态波包的有效分束

文章简要地介绍了原子干涉现象及原子光学的发展历史和现状．在对各种不同的原子干涉仪工作原理进行简单总结之后，文章描述了包括文章作者在内的研究小组一项最新的理论工作．这个工作提出了一个对被囚禁原子质心运动基态波包进行有效分束的物理方案．     

铜原子Kα双线精细结构测定

已知晶格常数与干涉条纹指数，采用一种新的照相法──差分聚焦法，精确地测定用原子Kα双线的波长差，计算磁性屏蔽常数S和原子内壳层磁场B．     

抽运-检测型非线性磁光旋转铷原子磁力仪的研究

报道了一种抽运-检测型的非线性磁光旋转铷原子磁力仪.其原理是线偏振光通过处于外磁场环境中被极化的原子介质后,由于原子对线偏振光中左、右圆偏成分不同的吸收和色散,导致光的偏振方向会产生与磁场相关的转动.分析了该磁力仪的工作原理,并测试了它对不同磁场大小的响应.测试结果表明,磁力仪测量范围为100—100000 nT,极限灵敏度为0.2 p T/Hz~(1/2),磁场分辨率为0.1 p T.进一步研究了不同磁场下原子系综极化态的横向弛豫时间,讨论了原子磁力仪高磁场采样率的获得方法.本文的原子磁力仪在5000—100000 n T的磁场测量范围内磁场采样率可实现1—1000 Hz范围内可调,能够测量低频的微弱交变磁场.本文的研究内容为大磁场测量范围、高灵敏度、高磁场采样率的原子磁力仪研制提供了重要参考.     

更高分辨率的晶体成像技术

最近发明了一个新的成像技术，能在0．1nm尺度以下观察材料，这个技术也许能使研究人员看到晶格中的单个杂质原子．现有的透射电子显微镜(TEM)不能分辨0．15nm以下的物体，比如晶格中的一个原子队列．Peter D．Nellist和其同事改造了一个TEM，得到了晶体硅的一个直接成像，能分辨出距离为0．078nm的硅原子对．文章作者写道，“这样高的分辨率应该能带来对材料性质的原子尺度的了解，可能会应用于材料、化学和纳米科学”．     

集成原子光学:原子芯片

原子光学是当前研究得比较热的学科，由于原子激光冷却技术和纳米技术的成熟，原子光学朝着微型化和集成化的方向发展．文章主要介绍了当前集成原子光学的一个焦点——原子芯片及其最新实验进展：包括不同形式的原子导引方式，当前原子芯片的实验工作，原子芯片在玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)研究中的应用，以及原子芯片在其他方面的应用前景．     

从原子到超原子的原子层次新机遇

为何超原子如此重要？从发展过程来体会，是因为终于可以把纷繁复杂的团簇结构以量子力学属性实现物理规律把握，从而为以团簇作为基元的物性表征与调控包括相关的制造和功能应用提供了基于原子层次的抓手. 因此可以认为，由团簇科技发展到超原子的物理学研究是必然的，所以，我们提出了超原子物理学的概念和范畴. 超原子作为归属于分子的多原子复杂系统，它的电子结构与原子有相近性，凸显了超原子系统中相互作用有深刻且丰富的物理内涵. 依托于原子物理学的巨大成就，将原子层次的科技能力结合到超原子研究上，将开辟新的领域方向，促进从结构出发的传统研究思路转变到以功能为核心的研究范式，从而带来新的发展机遇.     

豌豆大小的磁力计

一种只有豌豆般大小的磁力计已被美国国家标准与技术研究所(NIST)的P．Schwindt博士领导的研究组研制成功．这种磁力计的基本原理是利用铷原子的各个量子能级的能量大小是与其周围的磁场有关的这一事实．他们将一小部份的铷原子压缩在一个胶囊内，并让激光通过原子形成一个可读的记录用来作精确的测量．整个装置的大小只有12mm^3．但是这个小磁力计可以在许多方面对磁场进行测量，     

合金的解剖：场离子显微镜原子探针材料分析

场离子显微镜原子探针是进行材料原子尺度微观组织结构分析的极有力工具．应用该技术可研究非常广泛的冶金与半导体问题．本文概要地描述了场离子显微镜原子探针的组成、类型、特性和工作方式；并以马氏体时效钢与高温超导体研究为例，讨论了该种技术在材料科学中的应用．     

超灵敏的针式磁强计

正一个原子置于磁场中,它会像陀螺一样摇摆(术语称为进动),但指南针一般不摇摆,而是简单地指向一个固定方向。一个研究小组现在已经从理论上证明,一根指南针在一个足够弱的磁场中实际上也是摆动的,并且这种效应可以被利用,用于制作超灵敏的磁场传感器(磁强计)。他们的计算表明,这种装置可比当今最好的磁强计灵敏1000倍。研究人员表示,宏观和量子尺度磁体之间的连接,可能会导致新的磁测量技     

核酸-金属复合物及其在原子制造领域的应用

原子及近原子尺度制造是直接以原子为操纵对象,构建具有特定功能的原子尺度结构,并实现批量生产以满足所需要的前沿制造技术,是国际学术研究的前沿热点问题.本综述总结了核酸材料在精准原子制造中的应用及前景,从核酸材料的基本结构与功能出发,论述了DNA与金属原子相互作用的基本原理.从天然核酸材料、人工碱基"分子元素"、核酸纳米结构等方面分类介绍了核酸材料介导的精准原子制造的发展历程与突破性进展.最后,对该领域存在的一些挑战与机遇进行了系统性总结,并对其未来发展方向进行了展望.     

弱磁场下三阱光学超晶格中自旋为1的超冷原子特性研究

双阱光学超晶格中的超冷原子是近期冷原子物理领域的研究热点. 本文推广提出了实现三阱光学超晶格的方案, 并采用精确对角化的方法分别研究了弱磁场下对称三阱 光学超晶格中铁磁性和反铁磁性的自旋为1的原子系统的基态, 发现二者的相图很不相同: 反铁磁性原子对应的相图中没有沿磁场方向总自旋磁量子数为±2的基态, 而铁磁性原子对应的相图中可能有. 在负的二次塞曼能量区域, 铁磁性原子的相图中只有完全极化态. 分析了可控参数影响基态的物理本质. 由于这些量子自旋态可以通过调节外磁场和光势垒的高度非常简便而精确地控制, 适合用来研究自旋纠缠. 关键词： 三阱光学超晶格 自旋为1的原子 弱磁场     

超流^3He的磁致喷泉效应

最近，来自日本东京大学的Yamaguchi A等，对自旋极化超流3^He的A1相，进行了喷泉效应实验研究．不过，实验者不是用温度梯度，而是用磁场梯度诱发喷泉压差．3^He原子不同于4^He，费米原子3^He要想凝聚到单一的最低能态，必须首先两两配对．液态3^He发生超流转变的温度只有几mK，并且依温度和压力超流体又被分为A，B和A1三个相。     

用离散变分方法计算几种原子的电子动量谱

用以密度泛函理论为基础的离散变分方法研究了氦原子、氩原子、钠原子和钾原子，分别得到了氦原子、氩原子、钠原子和钾原子动量空间的轨道电子云密度分布，并与实验值做了比较．     

原子设计材料科学与技术（I）

科学实验技术的发展，使得人们有可能在原子尺度上人工合成材料，例如，原子团簇，团簇材料，线性链、多层异质结构，超薄膜等，这些材料的特征是维数低，对称性减小，几何特征显著，文章强调原子工程作为这些领域的交接点，重点讨论了原子设计材料的合成，表征和应用，考察了有限尺度和减少维数对这些材料的电磁、光和化学性质的影响和作用，从物理学，化学、材料科学和化学工程等多学科的角度研究了这一新出现领域的现状和未来。     

重力对~(87)Rb冷原子四极磁阱装载的影响

文章研究了重力作用下对磁光阱中~(87)Rb原子进行偏振梯度冷却后重新四极磁阱俘获的影响。研究了竖直放置四极线圈和水平放置四极线圈两种情形下,重力对原子偏振梯度冷却后四极磁阱重新俘获过程的作用,通过原子自由飞行吸收成像,观测到了原子的振荡。分析计算了~(87)Rb原子|2,2〉态补偿重力时所需的磁场梯度B′,探究了磁场参数对于振荡现象的影响,从而选择了水平放置磁场线圈的方法,提高了原子偏振梯度冷却后四极磁阱的装载效率。     

用磁场捕获稀土原子

在玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）的实验中，为了将碱金属原子气冷却到极低温，需要对样品进行蒸发冷却．通常，蒸发冷却在磁捕获的环境下进行．最常见的捕获场由一对同轴（z轴）线圈提供，2个线圈分别通以反向电流．上述结构可产生一个四极非均匀磁场：在xy平面内，磁场B指向几何对称中心（即原点O）。     

激光致冷(续)

激光偏振梯度致冷是另外一种使中性原子降温的有效方法，而且能使原子温度突破多普勒温度极限。实验上首先由W．D．Phillips领导的研究小组于1988年采用并获得成功，然后Dalibard和Cohen-Tannoudji给予了理论解释。激光偏振梯度致冷原理大致描述如下：     

冷原子的双阱微磁表面囚禁

提出了两种新颖的采用载流导线的双阱微磁表面囚禁方案(即双U形与双Z形导线囚禁)。通过改变囚禁方案中直导线中的电流方向，即可将双U形导线囚禁改变为双Z形导线囚禁；如果逐渐减小直导线中的电流大小，即可将一个双阱微磁囚禁连续地合并为一个单阱微磁囚禁，反之亦然。详细计算和分析了上述两种载流导线囚禁方案的磁场及其梯度的空间分布。研究发现在导线中通以较小的电流，即可在导线表面附近产生很大的磁场梯度及其曲率。例如当电流为O．2A时，其磁场梯度和曲率可分别达到0．2T／cm和10T／cm2以上。由于双U形导线囚禁中存在磁场零点，而双Z形导线囚禁中仅存在磁场最小值，所以双U形导线囚禁仅适用于制备双样品磁光囚禁(MOT)或研究中性原子的冷碰撞，而双Z形导线囚禁除了可用于研究原子的冷碰撞之外，还可以用于制备双样品玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)或实验研究双阱玻色-爱因斯坦凝聚的性质等。