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[안경원/임지순 교수] 광격자에 포획된 단일 원자의 스펙트럼
"Tunneling-Induced Spectral Broadening of a Single Atom in a Three-Dimensional Optical Lattice", Nano Letters
광격자는 빛으로 만들어진 격자 모양의 포텐셜이다(그림 참조). 광격자에 포획된 극저온의 단일 중성 원자는 격자점간 물질파 터널링에 의해 광격자 전체로 퍼질 수 있다. 그 결과 원자의 형광 스펙트럼 선폭이 증가할 것으로 예측되어 왔다. 그러나 아무도 이 현상을 실험적으로 규명하지 못했는데, 그 이유는 원자 하나를 포획하는 것도 어렵지만 단일 원자가 내는 빛의 세기가 너무 약하기 때문이다. 안경원/임지순 교수팀(제1저자 김욱래 학생, 박창원, 김정률, 강성삼, 임수인, 이예리 학생 참여)은 단 하나의 루비듐 원자를 수시간 동안 광격자에 가두고 원자가 방출하는 각각의 광자와 기준 레이저의 간섭을 이용하여 단원자의 스펙트럼을 측정하는데 성공하였으며, 관측된 단일 원자의 선폭이 격자점간 터널링에 의해 넓어진 것임을 에너지 띠 구조 계산을 통해 이론적으로 확인하였다. 본 연구는 매우 약한 세기의 형광을 발생하는 단일 입자의 스펙트럼 측정 등에 활용될 전망이다.

[그림: 광격자에 포획된 단일 루비듐 원자와 그 형광 스펙트럼. 각 격자점은 3차원 조화진동자로 작용하기때문에 Rayleigh 산란 봉우리 좌우로 Stokes, anti-Stokes 봉우리가 나타난다. 중심의 Rayleigh 봉우리 선폭(수 kHz)이 격자점간 물질파 터널링에 의해 결정된다.]

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