在这项工作中,团队报告了一种简单的“原位陷阱装载均衡技术”(in-situ trap-loading equalization technique),它基于对阵列中所有捕获单原子荧光痕迹的演变作为整体陷阱功率函数的分析。实验使用一个封闭的、与超高真空兼容的4K低温恒温器来实现仪器中的极高真空度,使光镊捕获的87Rb原子的寿命达到 6000秒。这一设置极大地提高了大型阵列的组装效率,使实验团队能够以前所未有的概率( 37%)组装超300个原子的无缺陷阵列。
实验装置简图。插图从下到上显示了用于产生间距为5微米的23 23方形阵列的相位图、加载在阵列中的原子的原子荧光图像,以及在诊断用CCD(电荷耦合元件)相机上获得的陷阱强度图像。
324个原子阵列的高效组装。(a)重新排列前的625阱(625-trap)阵列的荧光图像,晶格间距为5µm。(b)阵列在两个重排周期后的荧光图像,显示了一个无缺陷的324原子阵列。(c)目标阵列中缺失原子数量的概率分布,显示制备无缺陷阵列的概率很大( 37%)。
最后,团队通过研究大型阵列的重新排列说明了均衡化过程的效率。在一个由625个陷阱组成的阵列中实现了一个带有324个原子的满载阵列,同时缺陷数量的概率分布约为37%时,获得了一个无缺陷的阵列。作为比较,在室温设置中、没有使用原位均衡法时,只能以3%的概率分布实现196个原子的无缺陷阵列。
尽管没有在文章中配图展示,但团队表示,“已经在激光功率方面将实验装置推向极限:能够组装出多达361个原子的阵列。通过使用具有更大视场的光学系统如显微镜物镜,这个数字可以大大增加。”
总之,此次实验展示了一个简单的过程,能够优化全息陷阱阵列的装载,并简单地分析装载在光镊阵列中的单原子的荧光时间轨迹。最终,整体装载效率受到两个因素的限制:第一个因素是移动的光镊将原子从源阱转移到目标阱时的损失(损失概率平均为99%);第二个限制来自于成像过程中发生的损失(整个阵列的平均水平为99.8%)。
作者进一步表示,对这两个限制的详细研究将是其未来工作的主题。