Статьи в журналах

  • Primary vacuometer based on an ultracold gas in a shallow optical dipole trap

    Vasiliy Makhalov, Kirill Martiyanov and Andrey Turlapov

    Metrologia 53, 1287 (2016)
    A calibration-free primary vacuometer based on an ultracold atomic gas in a shallow far-off-resonance optical dipole trap is proposed and demonstrated. The pressure is obtained by measuring the loss of trapped atoms which is caused by collisions with the ambient gas of the vacuum chamber. The loss is related to the ambient-gas pressure via a theoretical model based on first principles. The model is applicable owing to elimination of a number of systematic effects which otherwise preclude or complicate construction of a first-principle model. These systematics include loss unrelated to collisions with the ambient gas as well as loss dependance on the number and energy of trapped atoms. In the demonstrated vacuometer, the atom-number decay is exponential with the rate proportional to the pressure, where the proportionality coefficient is expressed via the gas composition and van der Waals coefficients C6. Whenever the gas composition is unknown, the systematic error is typically well below that of the hot-cathode ionization gauge. The vacuometer is implemented using a gas of ultracold lithium-6, which is the optimal working body for such a vacuometer. The lowest measured pressure, 2.8 · 10-9 Pa, is limited by the vacuum in the apparatus, while the dominant error source of 4% is due to uncertainty in the C6 value and may be improved. Comparison with reading of a hot-cathode ionization gauge is also shown.

  • Pressure profiles of nonuniform two-dimensional atomic Fermi gases

    Kirill Martiyanov, Tatiana Barmashova, Vasiliy Makhalov, and Andrey Turlapov

    Physical Review A 93, 063622 (2016)
    Spatial profiles of the pressure have been measured in atomic Fermi gases with primarily two-dimensional (2D) kinematics. The in-plane motion of the particles is confined by a Gaussian-shape potential. The two-component deeply degenerate Fermi gases are prepared at different values of the -wave attraction. The pressure profile is found using the force-balance equation, from the measured density profile and the trapping potential. The pressure is compared to zero-temperature models within the local density approximation. In the weakly interacting regime, the pressure lies above a Landau Fermi-liquid theory and below the ideal-Fermi-gas model, whose prediction coincides with that of the Cooper-pair mean-field theory. The values closest to the data are provided by the approach where the mean field of Cooper pairs is supplemented with fluctuations. In the regime of strong interactions, in response to the increasing attraction, the pressure shifts below this model reaching lower values calculated within Monte Carlo methods. Comparison to models shows that interaction-induced departure from 2D kinematics is either small or absent. In particular, comparison with a lattice Monte Carlo suggests that kinematics is two dimensional in the strongly interacting regime.

  • Плавный переход от ферми-жидкости к бозе-конденсату в эксперименте с двумерным ультрахолодным газом

    Бармашова Т.В., Мартьянов К.А., Махалов В.Б., Турлапов А.В.

    Успехи физических наук 186, 183–192 (2016)
    Управление межчастичными взаимодействиями позволяет преобразовать фермионную систему в бозонную и наоборот, сохраняя квантовое вырождение. Свидетельства такого преобразования можно обнаружить, наблюдая за давлением и интерференцией. Давление Ферми указывает на фермионный характер системы, а интерференция — на отличный от нуля параметр порядка и бозе-конденсацию. Снижение пространственной размерности с трёх до двух привносит новую физику и, кроме того, усложняет описание вследствие возрастания флуктуаций и ограничения на применимость среднеполевых методов. В эксперименте с двумерным ультрахолодным газом атомов наблюдается плавный переход между бозонным и фермионным пределами, что видно по величине давления и по интерференции. Экспериментальные данные могут служить для проверки моделей двумерных ферми- и бозе-систем, в том числе в режиме сильных взаимодействий, который наиболее сложен для моделирования.

  • Precision measurement of a trapping potential for an ultracold gas

    Vasiliy Makhalov, Kirill Martiyanov, Tatiana Barmashova, and Andrey Turlapov

    Physics Letters A 379, 327–332 (2015)
    Parametric excitation of ultracold atomic gases in optical dipole traps strongly depends on the trap anharmonicity. For non-interacting gases, the anharmonicity prevents energy input beyond certain level. We use this as a basis for precision measurement of trap parameters. The frequencies and depth are derived from comparison of the excitation spectrum to models, where the anharmonicity is treated non-perturbatively. Measurements are done for both quantum and classical motion of trapped atoms. For the classical motion, the validity of the model is crosschecked in an independent experiment.

  • Ground-state pressure of quasi-2D Fermi and Bose gases

    Vasiliy Makhalov, Kirill Martiyanov, and Andrey Turlapov

    Physical Review Letters 112, 045301 (2014)
    Статья вышла с пометкой «Редактор рекомендует».
    Репортаж о статье в журнале Physics: Crossing a Quantum Fluid Divide.
    Using an ultracold gas of atoms, we have realized a quasi-two-dimensional Fermi system with widely tunable s-wave interactions nearly in a ground state. Pressure and density are measured. The experiment covers physically different regimes: weakly and strongly attractive Fermi gases and a Bose gas of tightly bound pairs of fermions. In the Fermi regime of weak interactions, the pressure is systematically above a Fermi-liquid-theory prediction, maybe due to mesoscopic effects. In the opposite Bose regime, the pressure agrees with a bosonic mean-field scaling in a range beyond simplest expectations. In the strongly interacting regime, measurements disagree with a purely 2D model. Reported data may serve for sensitive testing of theoretical methods applicable across different quantum physics disciplines.

  • Ультрахолодный газ атомов для стандартов времени ГЛОНАСС

    А. В. Турлапов, Т. В. Бармашова, К. А. Мартьянов, В. Б. Махалов

    Труды ИПА РАН, 23, 99 (2012)

  • Ферми-газ атомов

    А. В. Турлапов

    Письма в ЖЭТФ 95, 104 (2012)
    Представлен краткий обзор бурно развивающейся области - экспериментальной физики ультрахолодных газов ферми-атомов. Продемонстрированы вклад этой области в фундаментальную физику и ее связь с другими разделами, объектами изучения которых выступают системы ферми-частиц. Описаны основные параметры атомного ферми-газа, его уникальные свойства, достоинства и недостатки по сравнению с другими ферми-системами. Рассмотрены перспективы направления и его недолгая история. Перечислены научные коллективы, работающие в данном направлении.

  • Observation of a two-dimensional Fermi gas of atoms

    K.Martiyanov, V.Makhalov, and A.Turlapov

    Physical Review Letters 105, 030404 (2010)
    Статья вышла с пометкой «Редактор рекомендует».
    Репортаж о статье в журнале Science: Squeezing Fermi Gases into Two Dimensions.
    We have prepared a degenerate gas of fermionic atoms which move in two dimensions while the motion in the third dimension is “frozen” by tight confinement and low temperature. In situ imaging provides direct measurement of the density profile and temperature. The gas is confined in a defect-free optical potential, and the interactions are widely tunable by means of a Fano-Feshbach resonance. This system can be a starting point for exploration of 2D Fermi physics and critical phenomena in a pure, controllable environment.

  • Наблюдение вырожденного ферми-газа, пленённого стоячей электромагнитной волной

    К.А.Мартьянов, В.Б.Махалов, А.В.Турлапов

    Письма в ЖЭТФ 91, 401 (2010)
    Наблюдался газ ферми-атомов, плененный в пучностях стоячей электромагнитной волны. Стоячая волна создана двумя встречными лучами с длиной волны 10.6 мкм, сфокусированными в одном и том же месте. В каждой пучности удерживается дископодобное облако из 7500 атомов лития-6 в двух равнонаселенных спиновых состояниях при температуре T=0.1EF, где EF — энергия Ферми. Система находится в режиме, нарушающем приближение локальной однородности — населены лишь 3 нижних энергетических уровня аксиального движения. Система может стать инструментом для исследования 2D фермиевской физики и 3D эффектов вне пределов приближения локальной однородности.