We thank Ji Liu and Wen Xu for involving in the experimental setup. Le Luo is a member of the Indiana University Center for Spacetime Symmetries (IUCSS). This work was supported by IUPUI and IUCRG.

Not: Bu protokol, aşağıdaki donanım bir ev dahili ultracold atomu aparatı gerektirir: iki harici kavite diyot lazerler (ECDL&#39;yi), ECDL&#39;nin için bir kilitleme kurulum 10 kilitleme frekans ofset, ODT için bir fiber lazer, lazer yoğunluğu modülasyonu için bir AOM bir kaynak jeneratör ve bir güç amplifikatörü ile bir radyo frekansı (rF) anten sistemi, bir CCD kamera ile bir emme görüntüleme sistemi, sıralı ve veri toplama (VTC), görüntüleme işleme ve veri analizi için bir bilgisayar programı zamanlama için bir bilgisayar programı, Muayene ve çapraz manyetik alanlar için bir çift elektromıknatıs öngörülmüş, ve daha yavaş (Şekil 1 &#39;de gösterildiği gibi) bir 6 Li buhar fırın ve Zeeman içeren ileri derecede yüksek vakum odası. Dikkat: Farklı güçler ve dalga boyları üç lazerler kullanılır. İlgili lazer güvenlik bilgi formlarını referans ve uygun lazer koruyucu gözlük seçiniz. 1. Zamanlama Control Not: tüm zamanlama dizileri, bir zamanlama kontrol programı ile bir 128 kanalı PCI DAQ kart tarafından kontrol edilir. zamanlama dizisinin çözünürlüğü 100 ms&#39;den. Çeşitli aletleri kontrol programları vb fiber lazer Rastlantısal fonksiyon jeneratöründen (AFG), ODT AFG, keyfi darbe üreteci (APG), parametre modülasyon AFG, Muayene multiplekser, rf jeneratörü gibi aletler, ayarları kontrol etmek için kullanılır. <ol><li> Zamanlama kontrol programını ve aletler için kontrol programları açın. Not: zamanlama kontrol programı zamanlama kontrol dosyaları çalıştırmak için bir kontrol terminallerine TTL (Transistörler mantık) sinyaller gönderir. Bazı cihazlar, gerçek zamanlı kontrol için GPIB (IEEE 488) ile bilgisayara bağlanır. </li><li> Deney zamanlama dosyasını yazın ve Tablo 1&#39;de listelendiği gibi zamanlama parametrelerini ayarlamak. Not: Muayene zamanı sırası sonra da Şekil 2&#39;de gösterilmektedir. </li></ol&gt; 2. CCD Kamera Hazırlık NOT: CCD kamera soğuk atomların temel tanı aracıdır soğuk atomların soğurma görüntüleme, kaydetmek için kullanılır. <ol><li> CCD kamera sürücüsü ve kontrol programının açın. Parçacık görüntü velosimetri (PIV) moduna ila 11 CCD kamera ayarlayın. 5 ms için CCD pozlama süresini ayarlayın. NOT: PIV modu emme görüntüleme Sinyal-gürültü oranını artırır sinyali ve referans çerçevesi arasındaki zaman boşluğu azaltır. </li><li> CCD pozlama kontrolü için harici tetiği kullanın NOT: CCD tetik süresi Tablo 1&#39;de listelenmiştir. </li></ol> 3. 671 nm lazer hazırlanması Not: 500 mW çıkış gücü 671 nm, tek bir frekans ECDL&#39;yi MOTOR soğutma ve bindirme profil üretmek için kullanılır. 35 mW bir başka 671 nm ECDL&#39;yi emme görüntülenmesi için kullanılır. Dijital bir lazer akımı modülasyon yöntemi (DLCM)lazer frekansı stabilize 10 uygulanır. Ilgili 6 Li enerji düzeyleri Şekil 3a&#39;da gösterilmektedir. 20 ± 1 ° C oda sıcaklığı stabilitesi lazer frekansı kilitleme optimal stabilite için gereklidir. <ol><li> MOT Lazer Hazırlık NOT: Optik kurulum ve DLCM yönteminin ilgili sonuçlar Referans 10 sunulmuştur. <ol><li> 6 Li atom buhar hücre ısıtıcısı açın ve 340 ° C&#39;ye ısıtın. </li><li> 1 saat boyunca AOM kilitleme lazer ısıtın. </li><li> lazer frekansı kilit kontrolörü açın ve yazılımını açın. yazılımda ECDL lazer ızgara ve güncel modülasyon açın. Not: modülasyon frekansı ve rendeleme modülasyonun büyüklüğü sırasıyla 5 Hz ve 1.0 V olarak ayarlanmıştır. Mevcut modülasyonu frekans ve genlik lazer çizgi genişliğine azaltmak için 100 kHz ve sırasıyla 0.0015 V tt ayarlanır 10. </li><li> ECDL emisyonu açın. Not: Lazer ışığı MOTOR optik kurulum geçer ve deney vakum odasına ulaşır. </li><li> Şekil 3b&#39;de gösterildiği gibi, 6 Li D2 hattının kilit-hata sinyali, gözlenene kadar hafif ayarlamak için elle lazer frekansı ECDL&#39;yi lazer akımını ayarlamak. </li><li> 2 2 p 3/2 geçiş → 2 2S 1/2 (F = 3/2) için kumanda yazılımında kilit noktasını ayarlayın (Şekil 3a bakınız, 3b). Daha sonra, bu geçiş lazer frekansı kilit ve geçiş 10 merkezi kilit noktasını ayarlamak. Not: lazer frekansı kilitlendiğinde, kilit-hata sinyali, kilit noktası etrafında frekans dalgalanması karşılık gelen kilit noktasında küçük bir dalgalanma gösterir. </li></ol></li><li> Görüntüleme Lazer Hazırlık NOT: Optik kurulum ve ofset kilitleme yönteminin ilgili sonuçlar Referans 10 sunulmuştur. <ol><li> Ofset kilitleme rf sinyal jeneratörü açın. </li><li> ızgara modülasyonu açın ve 2 V modülasyon genliği artırmak </li><li> 3.1.4.-3.1.5 frekans ayarlama işlemi tekrarlayın. osiloskop lazer frekansı dayak hata sinyalini ve rf spektrum analizi alır. </li><li> İki PID geribesleme modülleriyle kilitleme ofset dövülmesi sinyaline lazer frekansını kilitleyin. Not: lazer frekansı kilitlendiğinde, rf spektrumunda dayak sinyalinin spektrum kilitleme noktasında durur. </li></ol></li></ol> 4. Emme Görüntüleme hazırlanması Not: atomuna iki görüntü karelerinin ihtiyacı emme görüntüleme ile sondalandı. atomuna sahip birinci bir sinyal çerçeve ve atomlarına sahip olmayan ikinci bir referans çerçevesi. <ol><li> Bir APG açmave görüntüleme ışın AOM. </li><li> 10 us için görüntüleme darbe süresi ayarlayın ve 5.5 ms, iki görüntüleme kare arasındaki ayrılma süresini ayarlamak. </li><li> I doymuş burada n = 2.54 mW / cm2 6 Li D2 hattının doymuş emme yoğunluğu I, doymuş yaklaşık 0.3 görüntüleme ışın yoğunluğunu ayarlar. </li></ol> Muayene ile 5. Soğutma Atomlar Not: Muayene ultracold atomuna deneylerde yaygın olarak kullanılan bir soğutma yöntemidir. Bu bölüm, 300 μK etrafında bir milyar 6 Li atomlu bir Muayene oluşturur. <ol><li> Yavaş Atom Kaynak <ol><li> fırın ısıtıcıları açın. </li><li> Fırın sıcaklıkları (Tablo 2&#39;ye bakın) işlevsel bölge ulaştıktan sonra, daha yavaş Zeeman soğutma fanları açın. Daha sonra yavaş yavaş, sırasıyla 7 A ve 1 A, iki çapraz bobinler güncel yavaş 9.2 A Hafta akımını artırmak. NOT:Tablo 2&#39;de listelenen fırının sıcaklık dağılımı atom kaynağı 12&#39;nin kolimasyon ve ömrü için optimize edilmiştir. Fırın ısıtıcısı konumu Şekil 4&#39;te gösterilmiştir. </li><li> atomik deklanşöre açarak elle Zeeman yavaş lazer ışınını engelini kaldırın. 192 MHz, lazer ışınının frekansı ayarlama 2 2 P 3/2 geçiş → 2 2S 1/2 (F = 3/2) kırmızı-detuned. NOT: Bu düzenleme ile, atomların hızı 100 m / s 1400 m / s yavaşlatılır. Yavaş Zeeman Şekil 5 &#39;de gösterilmiştir. </li></ol></li><li> Manyetik alan Gradyan NOT: Bu düzenek, bir anti-Helmholtz veya Helmholtz manyetik alan ya da üretilmesi için bir H-köprü devresi tarafından kontrol edilen bir çift bobini kullanır. bobinler aşırı ısınmasını önlemek için soğutuldu sudur. <ol><li> Yavaşça 6 gal / dk su akışı açın. </li><li>Muayene yükleme zamanlama dosyası ile zamanlama kontrol programı çalıştırılarak, anti-Helmholtz manyetik alan yapılandırma için, H-köprü ayarlayın. </li><li> mıknatısların güç kaynakları açın ve Muayene için yaklaşık 22 g / cm arasında bir manyetik alan gradyanı onun kontrol programı vasıtasıyla yaklaşık 18 A, her bobin akımını ayarlamak. NOT: Manyetik alan gradyan açıldıktan sonra statik MOT deney odasında gözlenmektedir. </li></ol></li><li> Dinamik MOT NOT: 6 Li MOT optik kurulum birbirine dik her çiftiyle MOT kirişler çoğaltım sayaç üç çift içerir. Her Muayene kiriş bir soğutma ışını ve yeniden pompalanması esnasında çubuğu kapsamaktadır. yoğunlukları ve AOMs tarafından kontrol edilir kirişler, frekans detunings, üç faz için çeşitlidir. AOMs kontrol voltajları bir zamanlama kontrol sistemi tarafından komut çoklayıcı devreleri üzerinden ayarlanır. Üç faz için parametreler Tablo 3&#39;te listelenmektedir. optik layMOTOR kirişlerin arasından, Şekil 6&#39;da gösterilmektedir. <ol><li> Yük, derlemek ve yazılım kontrolü ile bir döngü zamanlama kontrolü programında deney zamanlama dosyasını çalıştırın. Deney zamanlama Muayene yükleme aşaması ile başlar. Muayene yaklaşık 10 9 atomlarını belirtir 2 V, ulaşmak için fotodedektör MOT floresan sinyali izler. NOT: MOT floresan yaklaşık 10 -4 rad uzamsal açıyla bir lens tarafından toplanır. Yükleme aşaması atom numarası: Referans 13 deki yöntem ile hesaplanabilir. </li><li> Yükleme aşaması sona ermeden önce yavaş ışın engellemek için optik deklanşör kullan. NOT: yavaş kiriş kapağın zamanlaması Tablo 1 &#39;de listelenen deney zamanlama kontrolü altındadır. </li><li> Ayar yoğunlukları ve soğutma fazı için Tablo 3&#39;e göre MOTOR lazer ışınları frekans detunings. NOT: Soğutma aşamasından sonra, sıcaklığıMuayene yaklaşık 300 μK düşürülür. </li><li> pompalama fazı için, program dosyasını zamanlama deney AOM ile yeniden pompalanması esnasında kirişler kapatmak için. Not: pompalama aşaması en aşırı ince durumları 2 2S 1/2 (= 1/2 F) her atomuna pompalar. </li><li> MOTOR kirişler kapatın ve AOM ile atomik geçiş rezonans altında lazer frekansı 30 MHz kayması ve optik panjur AOMs gelen sızıntı ışığı bloke eder. Not: Muayene aşamadan sonra atom buluta rezonans herhangi bir ışık kaçağı atomu kaybına neden olur. AOM kontrol ve Muayene kiriş kapağın zamanlaması her Tablo 1 &#39;de listelenmiştir. </li><li> Dinamik MOT sonra kameradan görüntü kareleri edinirler. MOT emilim görüntüleme alın. NOT: MOT atom numarası 10 7 pompalama fazı sonradır. Muayene için tipik bir emme görüntü Şekil 7a&#39;da gösterilmiştir. </li></ol></li></ol> &lt;p class = &quot;jove_title&quot;&gt; 6. ODT bir Ultracold Fermi gaz hazırlanması <ol><li> Optik Dipol Tuzak NOT: ODT ultracold Fermi gazları oluşturmak için ana araçtır. Derin ODT, 1064 nm dalga boyunda 100 W emisyon gücü olan bir fiber lazer üretmek için kullanılmaktadır. ODT kurulumu, Şekil 8&#39;de gösterilmiştir. <ol><li> Lazer ışını döker soğutulması için su akışı açın. </li><li> El ile 1 V ODT AOM kontrol gerilimini ayarlar. 13 W emisyon gücü ile fiber lazer açın. </li><li> kızılötesi ışık görüntüleyici ile ODT optik kontrol edin ve argon gazı akışı ile herhangi bir toz kaldırmak. NOT: optik üzerindeki toz ODT&#39;nin mekansal profilini değiştirmek ve ODT&#39;nin istikrarsızlığa yol açabilir. </li><li> AFG kontrol programı vasıtasıyla bir lazer darbesi üretmek üzere fiber lazer OİA komutu. Not: Lazer darbesinin çıkış deney zamanlaması tetiklenir ve bu darbenin başlangıç ​​zamanı Muayene yükleme aşaması bitmeden önce 14 ms olarak ayarlanır. DarbeE dizisi kumandası, Şekil 1 &#39;de gösterilmiştir, ve zamanlama Tablo 1&#39; de listelenmiştir. </li><li> El ile 8 V (doymuş RF güç% 80) için ODT AOM kontrol gerilimini ayarlamak. Not: AOM sürücünün en RF gücü termal mercek etkisini azaltmak için, doymuş güç% 80 ile sınırlı olmalıdır. </li><li> Kameradan MOT ve ODT&#39;nin emilim görüntüler elde. NOT: emilim görüntüleme yoluyla MOT ve ODT&#39;nin çakışmasını kontrol edin. Şekil 7b, sırasıyla Muayene ve ODT, tipik emme görüntüleri gösterir. </li></ol></li><li> Önyargı Manyetik Alan ve Spin Karıştırma rf Saha NOT: Bir etkileşim Fermi gaz üretmek için, dikey yönde bir öngerilim manyetik alanı ayarlamak s -Wave saçılma uzunluğu uygulanır. <ol><li> Deney zamanlama programı H-köprü ayarlama böylece Helmholtz anti-Helmholtz manyetik alan yapılandırma değişir. NOT: Helmholtz bobinler etkileşmeleri ayarlanması için öngerilim manyetik alanı üretir. </li><li> Kanal 2 ve mıknatıslar kontrol programının kanalı 3 527.3 G 330, G, öngerilim manyetik alanı ayarlayın. </li><li> Muayene kapatıldıktan sonra 330 G 0 G manyetik alan süpürme deneyi zamanlama sekansı Program. NOT: Bu manyetik alan süpürme standart evaporatif soğutma için zayıf etkileşim 6 Li Fermi gazı hazırlar. </li><li> Bir noninteracting Fermi gazı 14 için 527 G 330, G bir manyetik alan taraması Program. Not: 6.2.1-6.2.4 gelen manyetik alan dizisi. Şekil 1 &#39;de gösterilmektedir, ve zamanlama Tablo 1&#39; de listelenmiştir. </li><li> 6 Li en düşük iki aşırı ince durumları 2 2S 1/2 50:50 karışımı (F = 1/2, m F = ± 1/2) oluşturmak için gürültülü bir RF atımı uygulanır. </li><li> atomunda rezonant Ayarlama kilitli lazer frekansı527.3 G rf sinyalin çıkış frekansı değiştirilerek (düşük manyetik alan 2 2 P 3/2 → geçiş 2 2S 1/2 (F = 1/2, mF = -1/2) tekabül eder) jeneratör. NOT: rezonans frekansı frekans ayarlamasını yönlendirmek için kullanılır emme görüntüleme, atom numarası en üst düzeye çıkarır. Sadece spin-aşağı atomuna 50:50 eğirme karışımları deney için kullanıldığı için atomik bulut sunmak için görüntülenmiş. </li></ol></li><li> Düşürülmesi Tuzak Evaporatif Soğutma Not: Standart bir buharlaşmalı soğutma dejenere rejimi yakınındaki 6 Li fermiyonik atomuna soğutmak için kullanılır. Buharlaştırıcı soğutma ilk aşaması fiber lazer darbesi tarafından kontrol edilir ve ikinci ODT AOM ile kontrol edilir. yakın dejenere Fermi gazı parametre soğutma için numune olarak kullanılır. <ol><li> evaporatif soğutma zekâ ilk aşamasını başlath sonra tekrar 0.1 U 0, U 0 ODT tuzak derinliğini artırır fiber lazer gücü, darbe göndererek kontrol yazılımı (U 0 100 W bir lazer gücü ile tam tuzak derinliği). Bu aşamanın toplam süresi 0.5 saniyedir. Not: darbe süresi U 0 karşılık gelen termik mercek etkisini önlemek için 0,5 saniye ile sınırlı olmalıdır. </li><li> Program, üstel eğri ile ODT AOM, Şekil 1 &#39;de gösterildiği gibi. Buharlaştırıcı soğutma ilk aşaması tamamlandıktan sonra, 30 ms beklemek ve ODT AOM ile U 0 0.01 U 0 0.1 tuzak derinliği düşürerek buharlaştırıcı soğutma ikinci aşama başlar. Bu aşamanın toplam süresi 1.5 saniyedir. </li><li> Buharlaştırıcı soğutma sonra soğuk atomlu emme görüntüleme elde edin. Not: yaklaşık 10 5 atomuna buharlaştırıcı soğutma sonrası ODT içinde bırakılır, hesaplanabiliremme görüntüsü. </li></ol></li></ol> 7. Parametrik Soğutma <ol><li> Tuzak Derinlik Modülasyon <ol><li> 527.3 G. Modulate U (Tm) = 0.01 U 0 ile ODT AOM ile tuzak derinliği manyetik taramadan sonra 100 ms beklemek δ modülasyon derinliği ve ω (1 + δ cos (ω m Tm)), burada m, modülasyon frekansı. Parametrik modülasyon AFG kontrol programında modülasyon süresi t m ayarlayın. Modülasyon süresi dizisi Şekil 1&#39;de gösterilmektedir. NOT: Bu parametrik soğutma uygulanması önemli bir adımdır. </li><li> aniden yakalama kirişler kapatarak ODT atomları serbest bırakmak için APG Program. Gaz balistik emilim görüntüleme uygulamadan önce 300 us için genişletmek edelim. NOT: balistik genişleme Tempe almak için TOF emme görüntüleme kullanılırSoğuk atomlu rature. </li><li> parametrik soğutmadan sonra soğuk atomlu emme görüntü elde. </li></ol></li><li> Zaman Bağımlılık Ölçümü Not: daha önceki çalışmamızda 7, parametrik soğutma optimize frekans ω x 0.01 U 0 ODT radyal bindirme frekansıdır 1.45 ω x olarak bulunmuştur. Bu frekansı kullanarak, selektif eksen yönü boyunca yüksek enerjili atomuna kaldırabilir. <ol><li> Parametrik modülasyon AFG kontrol programı vasıtasıyla = 0.5 ö modülasyon derinliği ayarlayın. </li><li> modülasyonu döngü numaraları değiştirilerek 0 600 ms arasında modülasyon süresini değiştirmek için parametrik modülasyon AFG dış tetik kontrol işlevini kullanın. NOT: modülasyon zaman artması ile, atomik bulutun büyüklüğü, özellikle de eksenel yönde azalır. Ilgili sonuçlar Şekil 9&#39;da gösterilmektedir. </li&gt; <li> kameradan görüntü kareleri elde edin. Kaydet ve CCD kontrol programı üzerinden resim analiz edin. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Petrich, W., Anderson, M. H., Ensher, J. R., Cornell, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stable,+tightly+confining+magnetic+trap+for+evaporative+cooling+of+neutral+atoms.">Stable, tightly confining magnetic trap for evaporative cooling of neutral atoms.</a> Phys. Rev. Lett. 74 (17), 3352 (1995).</li><li>Ketterle, W., Druten, N. J. V., Bederson, B., Walther, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaporative+cooling+of+trapped+atoms.">Evaporative cooling of trapped atoms.</a> Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics. 37, 181-236 (2003).</li><li>Truscott, A. G., Strecker, K. E., McAlexander, W. I., Partridge, G. B., Hulet, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+Fermi+pressure+in+a+gas+of+trapped+atoms.">Observation of Fermi pressure in a gas of trapped atoms.</a> Science. 291 (5513), 2570-2572 (2001).</li><li>DeMarco, B., Jin, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Onset+of+Fermi+degeneracy+in+a+trapped+atomic+gas.">Onset of Fermi degeneracy in a trapped atomic gas.</a> Science. 285 (5434), 1703-1706 (1999).</li><li>Granade, S. R., Gehm, M. E., O'Hara, K. M., Thomas, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-optical+production+of+a+degenerate+Fermi+gas.">All-optical production of a degenerate Fermi gas.</a> Phys. Rev. Lett. 88 (12), 120405 (2002).</li><li>Luo, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaporative+cooling+of+unitary+Fermi+gas+mixtures+in+optical+traps.">Evaporative cooling of unitary Fermi gas mixtures in optical traps.</a> New J. Phys. 8 (9), 213 (2006).</li><li>Li, J., Liu, J., Xu, W., de Melo, L., Luo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Parametric+cooling+of+a+degenerate+Fermi+gas+in+an+optical+trap.">Parametric cooling of a degenerate Fermi gas in an optical trap.</a> Phys. Rev. A. 93 (4), 041401 (2016).</li><li>Poli, N., Brecha, R. J., Roati, G., Modugno, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cooling+atoms+in+an+optical+trap+by+selective+parametric+excitation.">Cooling atoms in an optical trap by selective parametric excitation.</a> Phys. Rev. A. 65 (2), 021401 (2002).</li><li>Kumakura, M., Shirahata, Y., Takasu, Y., Takahashi, Y., Yabuzaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shaking-induced+cooling+of+cold+atoms+in+a+magnetic+trap.">Shaking-induced cooling of cold atoms in a magnetic trap.</a> Phys. Rev. A. 68 (2), 021401 (2003).</li><li>Li, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-megahertz+frequency+stabilization+of+a+diode+laser+by+digital+laser+current+modulation.">Sub-megahertz frequency stabilization of a diode laser by digital laser current modulation.</a> Appl. Opt. 54 (13), 3913-3917 (2015).</li><li>Hamamatsu Photonics Deutschland GmbH. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> HiPic user manual. , (2016).</li><li>Luo, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Entropy and superfluid critical parameters of a strongly interacting Fermi gas [Ph.D. thesis]. , (2008).</li><li>Ries, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A magneto-optical trap for the preparation of a three-component Fermi gas in an optical lattice [Diploma thesis]. , (2010).</li><li>Bartenstein, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precise+determination+of+6Li+cold+collision+parameters+by+radio-frequency+spectroscopy+on+weakly+bound+molecules.">Precise determination of 6Li cold collision parameters by radio-frequency spectroscopy on weakly bound molecules.</a> Phys. Rev. Lett. 94 (10), 103201 (2005).</li><li>Gaunt, A. L., Schmidutz, T. F., Gotlibovych, I., Smith, R. P., Hadzibabic, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bose-Einstein+condensation+of+atoms+in+a+uniform+potential.">Bose-Einstein condensation of atoms in a uniform potential.</a> Phys. Rev. Lett. 110 (20), 200406 (2013).</li><li>Bruce, G. D., Bromley, S. L., Smirne, G., Torralbo-Campo, L., Cassettari, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Holographic+power-law+traps+for+the+efficient+production+of+Bose-Einstein+condensates.">Holographic power-law traps for the efficient production of Bose-Einstein condensates.</a> Phys. Rev. A. 84 (5), 053410 (2011).</li><li>Roy, R., Green, A., Bowler, R., Gupta, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+cooling+to+quantum+degeneracy+in+dynamically+shaped+atom+traps.">Rapid cooling to quantum degeneracy in dynamically shaped atom traps.</a> Phys. Rev. A. 93 (4), 043403 (2016).</li><li>Bukov, M., D'Alessio, L., Polkovnikov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Universal+high-frequency+behavior+of+periodically+driven+systems:+from+dynamical+stabilization+to+Floquet+engineering.">Universal high-frequency behavior of periodically driven systems: from dynamical stabilization to Floquet engineering.</a> Adv. Phys. 64 (2), 139-226 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose. Specific product and company citations are for the purpose of clarification only and are not an endorsement by the authors.

Bir çapraz-ışınlı optik tuzak içinde bir noninteracting Fermi gaz parametre soğutulması için deneysel protokol mevcut. Bu protokolün kritik aşamaları içermektedir: İlk olarak, optik olarak tuzak Fermi gazı tuzak derinliği düşürerek dejenere sıcaklığına yakın soğutuldu edilmesi gerekmektedir. İkinci olarak, bir modülasyon frekansı tutucu potansiyeli harmonik olmayan bileşeni ile rezonanttır şekilde seçilir. Üçüncü olarak, yakalama ışınının yoğunluğu atom bulutu serin ve modülas...

Son yirmi yıl içinde, çeşitli soğutma teknikleri Bose-Einstein kondansatlan (BEC) üretilmesi için geliştirilmiş olan ve sıcak atom buharlar, 1, 2, 3, 4, 5 ila Fermi gazlar (DPG) dejenere. BEC ve DFG kadar, normal olarak yeryüzünde veya boşluk bulunan çok altında son derece düşük sıcaklıklarda mevcut buluşun konusunu oluşturan yeni fazlar tam sıfır sıcaklığının üzerinde bir dereceye, genellikle milyonda biri vardır. Bu düşük sıcaklıklar elde etmek için, en soğutma yöntemleri, buharlaşma atomuna soğumaya bindirme potansiyelini düşürmek dayanır. Bununla birlikte, düşürme düzeni aynı zamanda gaz kuantum rejimi 6 ulaştığında, soğutma etkinliğini sınırlar atomlu çarpışma hızı azalır. Bu yazıda, buharlaşarak ayrılırken olmadan bir ODT bir ultracold Fermi gazı soğutmak için bir &quot;kovma&quot; yöntem mevcutTuzak derinliği düşürülmesi. Bu yöntem, parametrik düşürücü şemaları 7, 8, 9 ile karşılaştırıldığında birçok avantaja gösteren, 7 soğutma son çalışmaya dayanmaktadır. Parametrik Şema temel fikri yakalama potansiyeli kenarına yakın sıcak atomuna merkezinde soğuk atomu daha düşük tutucu frekansları hissettiren çapraz kiriş ODT ait anharmonicity kullanılmasıdır. Bu anharmonicity yüksek enerjili atomuna sahip rezonant frekanslarda yakalama potansiyeli modüle ederken sıcak atomuna seçici tuzağından dışarı atılmasını sağlar. Parametrik soğutma deneysel protokol dejenere sıcaklığına yakın bir önceden soğutulmuş noninteracting Fermi gaz gerektirir. Bu protokol uygulamak için, bir akusto-optik modülatör (AOM) controllin ile yakalama, ışınların yoğunluğunu modüle etmek için kullanılmaktadırg modülasyon frekansı, derinlik ve zaman. Soğutma etkisini doğrulamak için, atomik bulutu bir rezonant lazer ışını, bir yük bağlı aygıt (CCD) kamera tarafından yakalanır atomik bulutu ve emici gölge aydınlatan time-of-flight (TOF) emme görüntüleme ile incelenir. Bu tür atomu sayısı, enerji, ve sıcaklık gibi bulut özellikleri, sütun yoğunluğu ile tespit edilir. Soğutma etkisini karakterize etmek için, çeşitli modülasyon kez bulut enerjilerinin bağımlılığını ölçmek.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>500 mW 671 nm ECDL</td>
			<td>Toptica</td>
			<td>TA Pro</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>35 mW 671 nm ECDL</td>
			<td>Toptica</td>
			<td>DL-100</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>671 nm AOM</td>
			<td>Isomet</td>
			<td>1206C</td>
			<td>Quantity:3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>671 nm AOM Driver</td>
			<td>Isomet</td>
			<td>630C-110</td>
			<td>Quantity:3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100 W 1064 nm CW laser</td>
			<td>IPG photonics</td>
			<td>YLR-100-1064-LP</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1064 nm AOM</td>
			<td>IntraAction</td>
			<td>ATM-804DA6B&#160;</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1064 nm AOM Driver</td>
			<td>IntraAction</td>
			<td>ME-805EH&#160;</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arbitrary Function Generator</td>
			<td>Agilent&#160;</td>
			<td>33120A</td>
			<td>Quantity:3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital I/O Board</td>
			<td>United Electronic Industries</td>
			<td>PD2-DIO-128</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>System Design Platform</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>LabVIEW</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analog Voltage Output Device</td>
			<td>Measurement Computing</td>
			<td>USB-3104</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCD Camera</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>Orca R2</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arbitrary Pulse Generator</td>
			<td>Quantum Composer</td>
			<td>9618+</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analog Voltage Output Device</td>
			<td>Measurement Computing</td>
			<td>USB-3104</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20 A power supply</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 A power supply</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>120 A power supply</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity:2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooling Fans</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: depends on apparatus design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>671 nm Mirrors</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: depends on apparatus design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>671 nm Half-wave Plate</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: depends on apparatus design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>671 nm Quarter-wave Plate</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: depends on apparatus design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>500 mW Beam Shutter</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: depends on apparatus design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>671 nm Lenses</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: depends on apparatus design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Faraday Isolator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: 2, one for each ECDL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>671 nm Polarizing Beam Splitter</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: depends on apparatus design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodetector</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SM05PD1A</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multiplexer&#160;</td>
			<td>Analog Devices</td>
			<td>ADG409</td>
			<td>Quantity: 1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multiplexer&#160;</td>
			<td>Analog Devices</td>
			<td>ADG408</td>
			<td>Quantity: 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1064 nm plano-concave lens</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity:1 for beam reducer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1064 nm plano-convex lens</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity:1 for beam reducer&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1064 nm Mirrors</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: depends on apparatus design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1064 nm Half-wave Plates</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: depends on apparatus design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1064 nm Lenses</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity: depends on apparatus design</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1064 nm Thin Film Polarizer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100 W, 1064 nm Beam Dump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100 W, 1064 nm Power Meter</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RF Function Generator</td>
			<td>Rigol</td>
			<td>DG4162</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RF Power Amplifier</td>
			<td>Mini-Circuits</td>
			<td>ZHL-100W-GAN+</td>
			<td>Quantity:1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

cooling an optically trapped ultracold fermi gas by periodical driving

We present a cooling method for a cold Fermi gas by parametrically driving atomic motions in a crossed-beam optical dipole trap (ODT). Our method employs the anharmonicity of the ODT, in which the hotter atoms at the edge of the trap feel the anharmonic components of the trapping potential, while the colder atoms in the center of the trap feel the harmonic one. By modulating the trap depth with frequencies that are resonant with the anharmonic components, we selectively excite the hotter atoms out of the trap while keeping the colder atoms in the trap, generating parametric cooling. This experimental protocol starts with a magneto-optical trap (MOT) that is loaded by a Zeeman slower. The precooled atoms in the MOT are then transferred to an ODT, and a bias magnetic field is applied to create an interacting Fermi gas. We then lower the trapping potential to prepare a cold Fermi gas near the degenerate temperature. After that, we sweep the magnetic field to the noninteracting regime of the Fermi gas, in which the parametric cooling can be manifested by modulating the intensity of the optical trapping beams. We find that the parametric cooling effect strongly depends on the modulation frequencies and amplitudes. With the optimized frequency and amplitude, we measure the dependence of the cloud energy on the modulation time. We observe that the cloud energy is changed in an anisotropic way, where the energy of the axial direction is significantly reduced by parametric driving. The cooling effect is limited to the axial direction because the dominant anharmonicity of the crossed-beam ODT is along the axial direction. Finally, we propose to extend this protocol for the trapping potentials of large anharmonicity in all directions, which provides a promising scheme for cooling quantum gases using external driving.

Bu protokolü kullanarak, önceki yayında 7&#39;de tespit edilmiştir, her ikisi de optimize modülasyon frekansı ve genliği ile modülasyon zamanında parametrik soğutma bağımlılığını araştırmak. İlk olarak T / T, F ≈ 1.2 sıcaklıkta en düşük iki aşırı ince eyalette 6 Li atomlu bir noninteracting Fermi gaz hazırlar. Burada, T, F = (6N) 1/3 h ω <su...

Watch this Scientific Journal Video about Cooling an Optically Trapped Ultracold Fermi Gas by Periodical Driving at JoVE.com

Cooling an Optically Trapped Ultracold Fermi Gas by Periodical Driving

We present a parametric driving method to cool an ultracold Fermi gas in a crossed-beam optical dipole trap. This method selectively removes high-energy atoms from the trap by periodically modulating the trap depth with frequencies that are resonant with the anharmonic components of the trapping potential.

Periyodik Sürüş tarafından Optik tuzağa Ultracold Fermi Gaz Soğutma

We present a cooling method for a cold Fermi gas by parametrically driving atomic motions in a crossed-beam optical dipole trap (ODT). Our method employs ...

cooling-an-optically-trapped-ultracold-fermi-gas-by-periodical-driving

Research

JoVE Journal

Engineering

7.4K Görüntüleme.  Indiana University–Purdue University Indianapolis (IUPUI). We present a parametric driving method to cool an ultracold Fermi gas in a crossed-beam optical dipole trap. This method selectively removes high-energy atoms from the trap by periodically modulating the trap depth with frequencies that are resonant with the anharmonic components of the trapping potential. 

Video: Cooling an Optically Trapped Ultracold Fermi Gas by Periodical Driving

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. At the same time the AFM tip is passivated to prevent unspecific interactions between the tip and the substrate, which is a prerequisite to study single molecules attached to the AFM tip. Analyses to determine the adhesion force, the adhesion length, and the free energy of these molecules on solid surfaces and bio-interfaces are shortly presented and external references for further reading are provided. Example molecules are the poly(amino acid) polytyrosine, the graft polymer PI-g-PS and the phospholipid POPE (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine). These molecules are desorbed from different surfaces like CH3-SAMs, hydrogen terminated diamond and supported lipid bilayers under various solvent conditions. Finally, the advantages of force spectroscopic single molecule experiments are discussed including means to decide if truly a single molecule has been studied in the experiment.

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

Atomik Kuvvet Spektroskopi Tek Molekül Yapışma incelenmesi

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

Mühendislik

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

Şekil Bellek İncelenmesi Tabanlı Elastocaloric Soğutma Süreçler ve Model Doğrulama için Deneysel Yöntemler

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres can be thought as a store of energy with a huge variety of applications: compact laser sources, highly sensitive biochemical sensors and nonlinear phenomena. A protocol for the fabrication of both the microspheres and coupling system is given. The couplers described here are tapered fibers. Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS). A proof of the cavity-enhanced phenomenon is given by the lack of correlation among the pump, signal and idler: a resonant mode has to exist in order to obtain the pair of signal and idler. In the case of hyperparametric oscillations (four wave mixing and stimulated anti-stokes Raman scattering), the modes must fulfill the energy and momentum conservation and, last but not least, have a good spatial overlap.

Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS).

Mikrosferik Whispering Galeri Modu Rezonatörler içinde Uyarılmış Stokes ve Antistokes Raman saçılması

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

Adsorption Device Based on a Langatate Crystal Microbalance for High Temperature High Pressure Gas Adsorption in Zeolite H-ZSM-5

We present a high-temperature and high-pressure gas adsorption measurement device based on a high-frequency oscillating microbalance (5 MHz langatate crystal microbalance, LCM) and its use for gas adsorption measurements in zeolite H-ZSM-5. Prior to the adsorption measurements, zeolite H-ZSM-5 crystals were synthesized on the gold electrode in the center of the LCM, without covering the connection points of the gold electrodes to the oscillator, by the steam-assisted crystallization (SAC) method, so that the zeolite crystals remain attached to the oscillating microbalance while keeping good electroconductivity of the LCM during the adsorption measurements. Compared to a conventional quartz crystal microbalance (QCM) which is limited to temperatures below 80 &#176;C, the LCM can realize the adsorption measurements in principle at temperatures as high as 200-300 &#176;C (i.e., at or close to the reaction temperature of the target application of one-stage DME synthesis from the synthesis gas), owing to the absence of crystalline-phase transitions up to its melting point (1,470 &#176;C). The system was applied to investigate the adsorption of CO2, H2O, methanol and dimethyl ether (DME), each in the gas phase, on zeolite H-ZSM-5 in the temperature and pressure range of 50-150 &#176;C and 0-18 bar, respectively. The results showed that the adsorption isotherms of these gases in H-ZSM-5 can be well fitted by Langmuir-type adsorption isotherms. Furthermore, the determined adsorption parameters, i.e., adsorption capacities, adsorption enthalpies, and adsorption entropies, compare well to literature data. In this work, the results for CO2 are shown as an example.

A protocol for high-temperature and high-pressure gas adsorption measurements on zeolite H-ZSM-5 using an adsorption measurement device based on a langatate crystal microbalance is presented. Prior to the adsorption measurements, the synthesis of zeolite H-ZSM-5 on the langatate crystal microbalance sensor by the steam-assisted crystallization (SAC) method is demonstrated.

Zeolit ​​Yüksek Sıcaklık Yüksek Basınçlı Gaz Adsorpsiyon için Langatate kristal mikro dayanarak Adsorpsiyon Cihazı H-ZSM-5

We present a high-temperature and high-pressure gas adsorption measurement device based on a high-frequency oscillating microbalance (5 MHz langatate ...

Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness measurements on an Au(111) surface with atomistic resolution of single plasticity events. A careful experimental procedure is described that includes the force sensor selection, its calibration, the calibration of the cantilever deflection detection system, and the minimization of instrumental drift for accurate and reproducible force-distance measurements. Also, a method for the data analysis is presented that allows the extraction of force-penetration curves from recorded force-distance curves. A typical curve displays a clear elastic deformation regime up to the first plasticity event, or pop-in, with a length in the range of one to two Burger's vectors. Later plasticity events exhibit the same magnitude. The work of plasticity is further extracted from the measurements. Finally, the hardness is determined in combination with the indentation curve using non-contact atomic force microscopy images of the remaining indents.

This experimental protocol describes how atomic force microscopy can be used to measure hardness at the true nanometer scale and to detect single atomistic plasticity events.

Enstrumanlı AFM-girinti Kantitatif Sertlik Ölçümü

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness ...

Scalable Quantum Integrated Circuits on Superconducting Two-Dimensional Electron Gas Platform

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface between two different materials is necessary. The S-Sm junction with high interface transparency will then facilitate the observation of the induced hard superconducting gap, which is the key requirement to access the topological phases (TPs) and observation of exotic quasiparticles such as Majorana zero modes (MZM) in hybrid systems. A material platform that can support observation of TPs and allows the realization of complex and branched geometries is therefore highly demanding in quantum processing and computing science and technology. Here, we introduce a two-dimensional material system and study the proximity induced superconductivity in semiconducting two-dimensional electron gas (2DEG) that is the basis of a hybrid quantum integrated circuit (QIC). The 2DEG is a 30 nm thick In0.75Ga0.25As quantum well that is buried between two In0.75Al0.25As barriers in a heterostructure. Niobium (Nb) films are used as the superconducting electrodes to form Nb- In0.75Ga0.25As -Nb Josephson junctions (JJs) that are symmetric, planar and ballistic. Two different approaches were used to form the JJs and QICs. The long junctions were fabricated photolithographically, but e-beam lithography was used for short junctions&#8217; fabrication. The coherent quantum transport measurements as a function of temperature in the presence/absence of magnetic field B are discussed. In both device fabrication approaches, the proximity induced superconducting properties were observed in the In0.75Ga0.25As 2DEG. It was found that e-beam lithographically patterned JJs of shorter lengths result in observation of induced superconducting gap at much higher temperature ranges. The results that are reproducible and clean suggesting that the hybrid 2D JJs and QICs based on In0.75Ga0.25As quantum wells could be a promising material platform to realize the real complex and scalable electronic and photonic quantum circuitry and devices.

Quantum integrated circuits (QICs) consisting of array of planar and ballistic Josephson junctions (JJs) based on In0.75Ga0.25As two-dimensional electron gas (2DEG) is demonstrated. Two different methods for fabrication of the two-dimensional (2D) JJs and QICs are discussed followed by the demonstration of quantum transport measurements in sub-Kelvin temperatures.

Superiletken Iki boyutlu elektron gazı platformunda ölçeklenebilir kuantum entegre devreler

To form a coherent quantum transport in hybrid superconductor-semiconductor (S-Sm) junctions, the formation of a homogeneous and barrier-free interface ...

An Efficient Method for Selective Desalination of Radioactive Iodine Anions by Using Gold Nanoparticles-Embedded Membrane Filter

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ion-selective removal of radioactive iodines. By using citrate-stabilized gold nanoparticles (mean diameter: 13 nm) and cellulose acetate membranes, gold nanoparticle-embedded cellulose acetate membranes (Au-CAM) have easily been fabricated. The nano-adsorbents on Au-CAM were highly stable in the presence of high concentration of inorganic salts and organic molecules. The iodide ions in aqueous solutions could rapidly be captured by this engineered membrane. Through a filtration process using an Au-CAM containing filter unit, excellent removal efficiency (&gt;99%) as well as ion-selective desalination result was achieved in a short time. Moreover, Au-CAM provided good reusability without significant decrease of its performances. These results suggested that the present technology using the engineered hybrid membrane will be a promising process for the large-scale decontamination of radioactive iodine from liquid wastes.

An efficient method for the rapid and ion-selective desalination of radioactive iodine in several aqueous solutions is described by using gold nanoparticles-immobilized cellulose acetate membrane filters.

Radyoaktif iyot anyon altın nano tanecikleri gömülü membran filtre kullanarak, seçici tuzdan arındırma için verimli bir yöntem

Here, we demonstrate a detail protocol for the preparation of nanomaterials-embedded composite membranes and its application to the efficient and ...

Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species in the ppm-to-single-percent range. The main purpose of the method is the spatially resolved detection of low-concentration species, which have no transitions in the visible or near-IR spectral range that could be used for detection. IR-DFWM is a nonintrusive method, which is a great advantage in combustion research, as inserting a probe into a flame can change it drastically. The IR-DFWM is combined with upconversion detection. This detection scheme uses sum-frequency generation to move the IR-DFWM signal from the mid-IR to the near-IR region, to take advantage of the superior noise characteristics of silicon-based detectors. This process also rejects most of the thermal background radiation. The focus of the protocol presented here is on the proper alignment of the IR-DFWM optics and on how to align an intracavity upconversion detection system.

Here, we present a protocol to perform sensitive, spatially resolved gas spectroscopy in the mid-infrared region, using degenerate four-wave mixing combined with upconversion detection.

Kızılötesi dejenere dört-dalga ile kantitatif gaz algılama için Upconversion algılama karıştırma

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species ...

Rendering SiO2/Si Surfaces Omniphobic by Carving Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant and Doubly Reentrant Cavities or Pillars

We present microfabrication protocols for rendering intrinsically wetting materials repellent to liquids (omniphobic) by creating gas-entrapping microtextures (GEMs) on them comprising cavities and pillars with reentrant and doubly reentrant features. Specifically, we use SiO2/Si as the model system and share protocols for two-dimensional (2D) designing, photolithography, isotropic/anisotropic etching techniques, thermal oxide growth, piranha cleaning, and storage towards achieving those microtextures. Even though the conventional wisdom indicates that roughening intrinsically wetting surfaces (&#952;o &#60; 90&#176;) renders them even more wetting (&#952;r &#60; &#952;o &#60; 90&#176;), GEMs demonstrate liquid repellence despite the intrinsic wettability of the substrate. For instance, despite the intrinsic wettability of silica &#952;o &#8776; 40&#176; for the water/air system, and &#952;o &#8776; 20&#176; for the hexadecane/air system, GEMs comprising cavities entrap air robustly on immersion in those liquids, and the apparent contact angles for the droplets are &#952;r &#62; 90&#176;. The reentrant and doubly reentrant features in the GEMs stabilize the intruding liquid meniscus thereby trapping the liquid-solid-vapor system in metastable air-filled states (Cassie states) and delaying wetting transitions to the thermodynamically-stable fully-filled state (Wenzel state) by, for instance, hours to months. Similarly, SiO2/Si surfaces with arrays of reentrant and doubly reentrant micropillars demonstrate extremely high contact angles (&#952;r &#8776; 150&#176;&#8211;160&#176;) and low contact angle hysteresis for the probe liquids, thus characterized as superomniphobic. However, on immersion in the same liquids, those surfaces dramatically lose their superomniphobicity and get fully-filled within &#60;1 s. To address this challenge, we present protocols for hybrid designs that comprise arrays of doubly reentrant pillars surrounded by walls with doubly reentrant profiles. Indeed, hybrid microtextures entrap air on immersion in the probe liquids. To summarize, the protocols described here should enable the investigation of GEMs in the context of achieving omniphobicity without chemical coatings, such as perfluorocarbons, which might unlock the scope of inexpensive common materials for applications as omniphobic materials. Silica microtextures could also serve as templates for soft materials.

Rendering SiO2/Si Surfaces Omniphobic by Carving Gas-Entrapping Microtextures Comprising Reentrant and Doubly Reentrant Cavities or Pillars

This work presents microfabrication protocols for achieving cavities and pillars with reentrant and doubly reentrant profiles on SiO2/Si wafers using photolithography and dry etching. Resulting microtextured surfaces demonstrate remarkable liquid repellence, characterized by robust long-term entrapment of air under wetting liquids, despite the intrinsic wettability of silica.

Reentrant ve İki Kat Reentrant Boşlukları veya Sütunlardan Oluşan Gaz-Entrapping Mikrodokuları Oyarak SiO2/Si Yüzeylerin Omnifobik Hale Getirilmesi

We present microfabrication protocols for rendering intrinsically wetting materials repellent to liquids (omniphobic) by creating gas-entrapping ...

Proof-of-Concept for Gas-Entrapping Membranes Derived from Water-Loving SiO2/Si/SiO2 Wafers for Green Desalination

Desalination through direct contact membrane distillation (DCMD) exploits water-repellent membranes to robustly separate counterflowing streams of hot and salty seawater from cold and pure water, thus allowing only pure water vapor to pass through. To achieve this feat, commercial DCMD membranes are derived from or coated with water-repellent perfluorocarbons such as polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene difluoride (PVDF). However, the use of perfluorocarbons is limiting due to their high cost, non-biodegradability, and vulnerability to harsh operational conditions. Unveiled here is a new class of membranes referred to as gas-entrapping membranes (GEMs) that can robustly entrap air upon immersion in water. GEMs achieve this function by their microstructure rather than their chemical make-up. This work demonstrates a proof-of-concept for GEMs using intrinsically wetting SiO2/Si/SiO2 wafers as the model system; the contact angle of water on SiO2 is &#952;o &#8776; 40&#176;. Silica-GEMs had 300 &#956;m-long cylindrical pores whose diameters at the (2 &#956;m-long) inlet and outlet regions were significantly smaller; this geometrically discontinuous structure, with 90&#176; turns at the inlets and outlets, is known as the &#34;reentrant microtexture&#34;. The microfabrication protocol for silica-GEMs entails designing, photolithography, chrome sputtering, and isotropic and anisotropic etching. Despite the water loving nature of silica, water does not intrude silica-GEMs on submersion. In fact, they robustly entrap air underwater and keep it intact even after six weeks (&#62;106 seconds). On the other hand, silica membranes with simple cylindrical pores spontaneously imbibe water (&#60; 1 s). These findings highlight the potential of the GEMs architecture for separation processes. While the choice of SiO2/Si/SiO2 wafers for GEMs is limited to demonstrating the proof-of-concept, it is expected that the protocols and concepts presented here will advance the rational design of scalable GEMs using inexpensive common materials for desalination and beyond.

Proof-of-Concept for Gas-Entrapping Membranes Derived from Water-Loving SiO2/Si/SiO2 Wafers for Green Desalination

Presented here is a stepwise protocol for realizing gas-entrapping membranes (GEMs) from SiO2/Si wafers using integrated circuit microfabrication technology. When silica-GEMs are immersed in water, the intrusion of water is prevented, despite the water-loving composition of silica.

Su Seven SiO2/Si/SiO2 Gofretlerden Elde Edilen Gaz-Entrapping Membranlar Için Proof-of-Concept Yeşil Tuzdan Arındırma için Gofretler

Desalination through direct contact membrane distillation (DCMD) exploits water-repellent membranes to robustly separate counterflowing streams of hot and ...

Periyodik Sürüş tarafından Optik tuzağa Ultracold Fermi Gaz Soğutma

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Atomik Kuvvet Spektroskopi Tek Molekül Yapışma incelenmesi

Şekil Bellek İncelenmesi Tabanlı Elastocaloric Soğutma Süreçler ve Model Doğrulama için Deneysel Yöntemler

Mikrosferik Whispering Galeri Modu Rezonatörler içinde Uyarılmış Stokes ve Antistokes Raman saçılması

Zeolit Yüksek Sıcaklık Yüksek Basınçlı Gaz Adsorpsiyon için Langatate kristal mikro dayanarak Adsorpsiyon Cihazı H-ZSM-5

Enstrumanlı AFM-girinti Kantitatif Sertlik Ölçümü

Superiletken Iki boyutlu elektron gazı platformunda ölçeklenebilir kuantum entegre devreler

Radyoaktif iyot anyon altın nano tanecikleri gömülü membran filtre kullanarak, seçici tuzdan arındırma için verimli bir yöntem

Kızılötesi dejenere dört-dalga ile kantitatif gaz algılama için Upconversion algılama karıştırma

Reentrant ve İki Kat Reentrant Boşlukları veya Sütunlardan Oluşan Gaz-Entrapping Mikrodokuları Oyarak SiO₂/Si Yüzeylerin Omnifobik Hale Getirilmesi

Su Seven SiO₂/Si/SiO₂ Gofretlerden Elde Edilen Gaz-Entrapping Membranlar Için Proof-of-Concept Yeşil Tuzdan Arındırma için Gofretler

Periyodik Sürüş tarafından Optik tuzağa Ultracold Fermi Gaz Soğutma

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler

Atomik Kuvvet Spektroskopi Tek Molekül Yapışma incelenmesi

Şekil Bellek İncelenmesi Tabanlı Elastocaloric Soğutma Süreçler ve Model Doğrulama için Deneysel Yöntemler

Mikrosferik Whispering Galeri Modu Rezonatörler içinde Uyarılmış Stokes ve Antistokes Raman saçılması

Zeolit ​​Yüksek Sıcaklık Yüksek Basınçlı Gaz Adsorpsiyon için Langatate kristal mikro dayanarak Adsorpsiyon Cihazı H-ZSM-5

Enstrumanlı AFM-girinti Kantitatif Sertlik Ölçümü

Superiletken Iki boyutlu elektron gazı platformunda ölçeklenebilir kuantum entegre devreler

Radyoaktif iyot anyon altın nano tanecikleri gömülü membran filtre kullanarak, seçici tuzdan arındırma için verimli bir yöntem

Kızılötesi dejenere dört-dalga ile kantitatif gaz algılama için Upconversion algılama karıştırma

Reentrant ve İki Kat Reentrant Boşlukları veya Sütunlardan Oluşan Gaz-Entrapping Mikrodokuları Oyarak SiO2/Si Yüzeylerin Omnifobik Hale Getirilmesi

Su Seven SiO2/Si/SiO2 Gofretlerden Elde Edilen Gaz-Entrapping Membranlar Için Proof-of-Concept Yeşil Tuzdan Arındırma için Gofretler

Zeolit Yüksek Sıcaklık Yüksek Basınçlı Gaz Adsorpsiyon için Langatate kristal mikro dayanarak Adsorpsiyon Cihazı H-ZSM-5

Reentrant ve İki Kat Reentrant Boşlukları veya Sütunlardan Oluşan Gaz-Entrapping Mikrodokuları Oyarak SiO₂/Si Yüzeylerin Omnifobik Hale Getirilmesi

Su Seven SiO₂/Si/SiO₂ Gofretlerden Elde Edilen Gaz-Entrapping Membranlar Için Proof-of-Concept Yeşil Tuzdan Arındırma için Gofretler