Институт физики полупроводников СО РАН
Д.Б. Третьяков, И.И. Бетеров, Е.А. Якшина, В.М. Энтин, И.И. Рябцев, P. Cheinet1, P.Pillet1
ФГБУН Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН
1 Laboratoire Aime Cotton, CNRS, Univ. Paris—Sud, Orsay, France
Трехчастичные резонансы Фёрстера при дальнодействующих взаимодействиях ридберговских атомов были впервые предсказаны и наблюдены нашими французскими соавторами в ридберговских атомах Cs. В таких резонансах один из атомов забирает излишнюю энергию, которая препятствует двухчастичному взаимодействию, что приводит к фёрстеровской передаче энергии борромеанского типа (три атома связаны общим взаимодействием, а каждая из пар атомов – нет). Эксперимент французской группы был выполнен с ансамблем из ~105 атомов Cs в объеме возбуждения размером ~200 мкм. Поэтому трехчастичные резонансы Фёрстера фактически наблюдались для усредненного сигнала от большого числа атомов N>>1.
По предложению французской группы нами был выполнен аналогичный эксперимент по наблюдению трехчастичных резонансов Фёрстера
для нескольких ридберговских атомов Rb с n=36, 37. В наших экспериментах N=2-5 ридберговских атомов в начальном состоянии nP3/2 взаимодействовали в объеме размером ~20 мкм. Спектры резонансов Фёрстера сортировались по числу зарегистрированных атомов N=1-5 и затем дополнительно обрабатывались для получения истинных спектров с учетом конечной вероятности регистрации атомов 70%. Нами было получено надежное доказательство того, что трехчастичные резонансы Фёрстера отсутствуют для двух взаимодействующих атомов и присутствуют для трех и более атомов (Рис.1). Поскольку такие резонансы возникают при значениях управляющего электрического поля, которые отличаются от значений для двухчастичных резонансов, они представляют собой эффективный трехчастичный оператор, который может быть использован для прямого управления трехчастичными взаимодействиями в квантовых симуляторах с ридберговскими атомами.
Рис.1. Электрически управляемый резонанс Фёрстера в ридберговских атомах Rb, наблюдающийся для различного числа взаимодействующих атомов N=2-5 и для различных начальных состояний (a) 36P3/2(|M|=1/2); (b) 36P3/2(|M|=3/2). Главные пики – двухчастичные резонансы, дополнительные пики – трехчастичные резонансы. Трехчастичный резонанс отсутствует для N=2 на обеих записях, что доказывает его трехчастичную природу.
Публикация: D.B.Tretyakov, I.I.Beterov, E.A.Yakshina, V.M.Entin, I.I.Ryabtsev, P.Cheinet, P.Pillet, Phys. Rev. Lett., 2017, v.119, p.173402.