Valolla kohti suurempaa kylmyyttä (Väitös CSc Vladimir Ivanov, 20.9.2013)

Turun yliopiston tiedote 13.9.2013

​Ivanovin väitöstyö keskittyy atomien lokalisaatioon lasersäteiden muodostamassa optisessa hilassa, ja matalien lämpötilojen saavuttamiseen Raman-jäähdytyksellä sekä STIRAP-tekniikalla. Molemmissa tapauksissa tarkastellaan teoreettisen fysiikan keinoin tripodityyppisiä atomeja, joissa elektroneilla on yksi viritystila, joka kytkeytyy kolmeen perustilaan. Työssä todennetaan, että tripodityyppisissä atomeissa on mahdollista päästä tehokkaasti hyvin mataliin lämpötiloihin.

Matalien lämpötilojen atomifysiikan tutkimuksen tärkeitä sovellutuksia ovat mm. atomikellot, joissa erityisesti tarvitaan uusia laserpohjaisia jäähdytysmenetelmiä. Myös kvantti-informaation tutkimuksessa kylmät atomit ovat erittäin tärkeä työkalu.

"Kolmijalka-atomit" avainroolissa

Työn lähtökohtana oli selvittää, miten atomien liiketilaa voidaan manipuloida hyvin valikoidusti laservalolla. Selkeä tavoite oli myös löytää teoreettisten tarkastelujen avulla ne kokeelliset olosuhteet, joissa atomien ulkoiset vapausasteet voidaan hallita hyvin tarkasti.

– Atomien paikan suhteen tämä tarkoittaa atomien rajaamista tilaan, joka on selvästi alle puolet niiden kanssa vuorovaikuttavan valon aallonpituudesta. Liikkeen suhteen hallinta tarkoittaa jäähdyttämistä lämpötiloihin, jotka alittavat valon fotonien absorptiosta johtuvan rekyylin asettaman saavutettavan lämpötilan alarajan, Ivanov selittää.

Ivanovin työhön tuo uutuutta erityisesti tripodityyppisten atomien tarkastelu, joka tarkoittaa sitä, että kytkemällä atomin elektronien viritetty tila peräti kolmeen erilaiseen perustilaan saadaan uusia vapausasteita käyttöön.

– Rajoituksena on, että sovelluskohteena olevien atomien joukko kaventuu, mutta toisaalta jäljelle jääneitä varten saadaan entistä tehokkaampia menetelmiä, Ivanov kertoo.

Ongelmanratkaisun ytimessä on erilaisten menetelmien käyttäminen tripodiatomien tarkastelussa, sekä ongelman tarkasteleminen sekä yhdessä mutta erityisesti kahdessa avaruudellisessa ulottuvuudessa.

Väitöstutkimuksessa laajennetaan ensin paikkariippuvaa atomien valintaa, eli niiden lokalisaatiota, kaksiulotteiseen avaruuteen ja tripodiatomeihin. Sitten tätä samaa tripodirakennetta hyödynnetään luonnostelemalla tehokas kaksiulotteisessa paikka-avaruudessa toimiva Raman-jäähdytysmenetelmä. Se perustuu sarjaan pulsseja, joiden kesto ja muoto määritellään tarkasti.

Seuraavaksi osoitetaan, että käyttämällä ns. STIRAP-menetelmää voidaan lieventää pulssien ominaisuuksille asetettuja vaatimuksia, mikä on tärkeää kokeellisen toteutuksen kannalta. Työssä osoitetaan myös, että yksiulotteisen Raman-jäähdytyksen lopputulos voidaan ennustaa yleisesti lähes kaikille pulssimuodoille. Tämä auttaa laserjäähdytyksen optimoinnissa.

--

Perjantaina 20. syyskuuta 2013 kello 12 esitetään Turun yliopistossa (Quantumin auditorio, Vesilinnantie 5) julkisesti tarkastettavaksi Kandidat Nauk (Candidate of Science) Vladimir Ivanovin väitöskirja ”Two-dimensional atom localization and Raman cooling of tripod-type atom” (Tripodityyppisten atomien lokalisaatio ja Raman-jäähdytys kahdessa ulottuvuudessa). Virallisena vastaväittäjänä toimii professori Nikolay Vitanov Sofian yliopistosta Bulgariasta ja kustoksena professori Kalle-Antti Suominen.

Vladimir Ivanov on syntynyt 1982 Vitebskissä, Valko-Venäjällä. Hän on suorittanut vuonna 2004 Certified Specialist in Physics -tutkinnon Vitebskin yliopistossa ja vuonna 2008 Kandidat Nauk -tutkinnon Pietarin valtion yliopistossa. Ivanov on valmistunut filosofian lisensiaatiksi 2011 Turun yliopistosta, jossa hän parhaillaan toimii tutkijana. Väitös kuuluu fysiikan alaan.