Propozycje prac magisterskich - specjalizacja fizyki atomowej 2007

Transkrypt

1 Propozycje prac magisterskich - specjalizacja fizyki atomowej 2007 I. Prace "teoretyczne" A. Opiekun dr hab. J. Bieron 1.Komputerowa symulacja swobodnego atomu zadanie polega na przeprowadzeniu komputerowej symulacji kwantowego stanu swobodnego atomu (lub jonu) przy pomocy programu MCDHF (Multi Configurational Dirac-Hartree-Fock) a nastepnie wykonaniu numerycznych rachunkow dla okreslonej stalej atomowej dla jednego z kilku wybranych atomow, lub dla jednego z kilku interesujacych zjawisk: emisji spontanicznej, oddzialywania nadsubtelnego, lamania symetrii parzystosci, lamania symetrii wzgledem zmiany kierunku czasu. (wymagania: Fortran, elementy Unixa, podstawy mechaniki kwantowej). W ramach pracy mozliwa jest takze praca nad rozwijaniem kodu w Fortranie; nad przeksztalceniem jednoprocesorowej wersji kodu w wieloprocesorowa; oraz nad opracowaniem interfejsu GUI dla programu Diraca-Focka (wymagania: Fortran, Unix/linux). Temat dla jednego studenta, przy wiekszej liczbie zgloszen wyboru dokonuje opiekun. B. Opiekun dr hab. K. Sacha 2. Problem wielokrotnej jonizacji atomow i molekul silnymi impulsami laserowymi (praca teoretyczna; metody: klasyczne i kwantowe symulacje numeryczne; maksimum 2 osoby). 3. Kondensat Bosego-Einsteina (praca teoretyczna; metody: rachunki analityczne kwantowych problemow lub/i kwantowe symulacje numeryczne; maksimum 2 osoby). Maksymalna liczba osób w obu tematach 2, ewentualnie 3. C. Opiekun prof. J. Zakrzewski 4. Dynamika kondensatu Bosego-Einsteina w nieuporzadkowanych sieciach optycznych (metody: kwantowe symulacje numeryczne) 5. Zimna mieszanina fermionowo bozonowa symulacja eksperymentu metodami pol srednich. 6. Wieloprocesorowy kod do ewolucji ukladu wielu bozonow (kondensatu) uogolnienie istniejacej wersji jednoprocesorowej. Maksymalna liczba osob 2, ewentualnie 3. D. prof. K. Zyczkowski

2 7. Kody kwantowej korekcji bledow 8. Chaos w nieunitarnej dynamice kwantowej 9. Calkowicie dodatnie losowe odwzorowania kwantowe Liczba osob, jedna, maksimum 2. II. Prace eksperymentalne Zaklad Optyki Atomowej A dr hab. J. Koperski: 1. Spektroskopia elektronowo-oscylacyjna czasteczek van der waalsowskich w wiazce naddzwiekowej 2.Badanie struktur rotacyjnych czasteczek van der waalsowskich w wiazce naddzwiekowej 3. Kompleksowy program do symulacji widm molekul dwuatomowych (raczej dla informatyki stosowanej) Maksymalnie 3 osoby B prof. T. Dohnalik i dr L. Jozefowski 1. "Absorpcyjne obrazowanie zimnych atomow" 2. "Badanie jednowymiarowych zderzen zimnych atomow w pulapce MOT" 3. "Metoda opracowania i analizy zdjec chmury zimnych atomow" Maksymalnie 3 osoby III. Prace eksperymentalne - Zakład Fotoniki Tu niektóre tematy kierowane do innych specjalizacji, oc zaznaczono w opisie. 1. Spektroskopia plazmy Wyznaczanie profili Starka metodami spektroskopii emisyjnej oraz zdegenerowanego mieszania czterech fal - porównanie dr Krzysztof Dzierżęga (ZF) W ostatnim czasie w naszym laboratorium została opracowana unikatowa metoda wyznaczania tzw. profili starkowskich z wykorzystaniem metody nieliniowej spektroskopii laserowej zdegenerowanego mieszania czterech fal (ZM4F). W ramach proponowanej pracy należałoby zbadać własności ZM4F w nowej konfiguracji eksperymentalnej w porównaniu do wyników otrzymywanych metodami klasycznej spektroskopii emisyjnej. Innym celem pracy jest także weryfikacja wyników opracowanego modelu teoretycznego

3 Podstawy programowania w języku C oraz duża doza entuzjazmu, pozytywnego myślenia i zamiłowanie do pracy doświadczalnej. Propozycja adresowana do studentów fizyki doświadczalnej. 2. Plazmony powierzchniowe Badanie rezonansów plazmonowych dr Krzysztof Dzierżęga (ZF) Praca dotyczy badania tzw. plazmonów powierzchniowych tj. fal elektromagnetycznych powstających na granicy dielektryka i metalu. Celem tej pracy byłoby opracowanie i zmontowanie układu detekcji tego typu fal poprzez pomiar zmian natężenia lub/i fazy fal świetlnych odbitych od granicy dielektryk-metal. W przyszłości skonstruowany układ pomiarowy służyłby jako czujnik zmian wielkości chemicznych i biologicznych. Entuzjazm, pozytywne myślenie i zamiłowanie do pracy doświadczalnej. fizyki doświadczalnej i inżynierii materiałowej (specjalizacji fotonicznej) 3. Stabilizacja częstości laserów: Metody stabilizacji częstości laserów półprzewodnikowych dr hab. Jerzy Zachorowski (ZF) Zadanie dotyczy opracowania metody stabilizacji częstości półprzewodnikowego lasera diodowego do wzorca atomowego, zezwalającej na dowolne przesunięcie częstości lasera względem częstości atomowej. Wymaga to użycia drugiego lasera stabilizowanego na częstości atomowej i pomiaru częstości dudnień natężenia nałożonych dwóch wiązek laserowych (częstości różnicowej). znajomości technik laserowych i elektroniki. Propozycja adresowana do studentów fizyki doświadczalnej, komputerowej lub inżynierii materiałowej (specjalizacji fotonicznej). 4. Nowe lasery dla spektroskopii: Nowe konstrukcje laserów półprzewodnikowych dla spektroskopii dr hab. Jerzy Zachorowski (ZF) Zadanie dotyczy opracowania konstrukcji, budowy i uruchomienia nowych typów laserów półprzewodnikowych do zastosowań w spektroskopii w zakresie bliskiej podczerwieni: laserów z emisją prostopadłą do powierzchni złącza, tzw. VCSEL, oraz wzmacniaczy diodowych pracujących w układzie oscylator-wzmacniacz.

4 znajomości technik laserowych i elektroniki. fizyki, inżynierii materiałowej (specjalizacji fotonicznej). 5. Atomy w pułapce dipolowej Zimne atomy w optycznej pułapce dipolowej Praca dotyczy badań atomów w pułapce wytworzonej przez siły dipolowe pochodzące od silnego lasera. Pułapki tego typu umożliwiają otrzymanie bardzo niskich temperatur pozwalających na osiągnięcie stanu degeneracji kwantowej (m.in. kondensacji B-E) a także na badania kryształów optycznych - atomów w sieciach optycznych. Celem pracy jest optymalizacja warunków pracy i diagnostyki takiej pułapki a także opracowanie warunków koniecznych do osiągnięcia kondensacji B-E z atomami Rb87. znajomości technik laserowych i elektroniki. Propozycja adresowana do studentów fizyki doświadczalnej. 6. Spektroskopia atomów w pułapce MOT Badanie własności sieci optycznych w magnetooptycznej pułapce na zimne atomy dr Maria Brzozowska (ZF) dr Tomasz Brzozowski (ZF) Sieć optyczna, zwana również kryształem optycznym, to zespół periodycznie rozmieszczonych zimnych atomów, zlokalizowanych w maksimach bądź minimach wzoru interferencyjnego nałożonych na siebie wiązek laserowych. Sieci optyczne stanowią bardzo atrakcyjne zagadnienie, znajdując zastosowanie w badaniach podstawowych na styku fizyki atomowej, fizyki ciała stałego, informatyki kwantowej i metrologii. W ramach pracy magisterskiej przeprowadzone zostaną badania własności układu jedno- i dwuwymiarowej sieci optycznej, wytworzonej bezpośrednio w działającej pułapce magnetooptycznej, stanowiącej rezerwuar ultrazimnych atomów w temperaturze rzędu kilkunastu mikrokelwinów powyżej zera absolutnego. Metodami spektroskopii laserowej przebadana zostanie dynamika wypełniania sieci optycznej atomami pochodzącymi z pułapki, jak również wpływ parametrów pułapki na własności pola świetlnego, odpowiedzialnego za lokalizację i przestrzenne uporządkowanie atomów. znajomości technik laserowych i elektroniki. Propozycja adresowana do studentów fizyki doświadczalnej. fizyki doświadczalnej 7. Optyczne wzorce częstotliwości Optyczne wzorce częstości

5 dr hab. Jerzy Zachorowski (ZF) Optycznym wzorcem częstości jest przejście między stanami energetycznym atomu, lub cząsteczki, które w bardzo małym stopniu jest zaburzane przez zewnętrzne czynniki. W ostatnich latach nastąpił ogromny postęp w osiągalnej dokładności takich wzorców, dzięki z jednej strony rozwojowi metod pomiaru częstości optycznych (nagroda Nobla 2005 za grzebień optyczny ) a z drugiej strony dzięki rozwojowi metod optycznego chłodzenia atomów. W roku 2007 w Polsce rozpoczyna się duży program badawczy, poświęcony stworzeniu optycznego zegara atomowego z zimnymi atomami i z grzebieniem częstości. W tym projekcie Zakład Fotoniki IF UJ będzie odpowiedzialny za wzorzec atomowy. Zamierzamy stosować dwa typy wzorców. Jeden wykorzystujący wąskie dwufotonowe przejście w atomach rubidu w temp. pokojowej, drugi z zimnymi atomami Sr. Ten drugi będzie m.in. zawierał pułapkę magnetooptycz-ną, która będzie ładowana przez wiązkę atomów spowolnionych przez siły optyczne. Celem pracy jest zaprojektowanie układu spowalniania wiązki atomów strontu i zbudowanie układu do spektroskopii dwufotonowej z atomami rubidu. Samodzielność, kreatywność i umiejętność pracy w grupie, zacięcie eksperymentalne, znajomość podstaw fizyki atomowej i optyki. Temat kierowany do studentów fizyki. 8. Magnetometr samooscylujący Magnetometr atomowy mgr Szymon Pustelny (ZF) Pole magnetyczne jest bogatym źródłem informacji o otaczającym świecie. Jego pomiar wykorzystuje się zarówno w badaniach podstawowych, jak również wielu zastosowaniach komercyjnych. Jedna z najbardziej czułych znanych obecnie metod magnetometrycznych wykorzystuje zjawiska magnetooptyczne. Użycie w tych badaniach modulowanego amplitudowo światła pozwala na pomiar pola magnetycznego o dużym natężeniu z niespotykaną wcześniej precyzją. W ramach pracy magisterskiej planowana jest budowa urządzenia wykorzystującego zjawiska magnetooptyczne, które pozwoli na pomiar wektora pola magnetycznego w warunkach pozalaboratoryjnych. Samodzielność, kreatywność i umiejętność pracy w grupie, zacięcie eksperymentalne, znajomość podstaw fizyki atomowej i optyki. Temat kierowany do studentów fizyki, fizyki komputerowej, inżynierii materiałowej fizyki inżynierii materiałowej (specjalizacji fotonicznej). fizyki komputerowej 9. Zastosowania magnetometrii optycznej Zastosowania magnetometrii optycznej

6 mgr Szymon Pustelny (ZF) W ostatnich latach metody magnetometrii optycznej u podstaw których leżą zjawiska magnetooptyczne, osiągnęły najwyższą czułość spośród wszystkich znanych metod pomiaru pola magnetycznego. Metody te pozwalają na uzyskanie dużego zakresu dynamicznego pomiaru pola magnetycznego, pomiar jego kierunku, przy jednoczesnej prostocie technologicznej. Sprawia to, że są one niezmiernie atrakcyjne w wielu zastosowaniach. Wiele z tych zastosowań wciąż jednak nie zostało zademonstrowanych. Celem pracy magisterskiej jest pokazanie kilku zastosowań metody magnetometrycznej opracowanej w naszej grupie m.in. do wykrywanie mikroprzepływów czy zaniku polaryzacji atomowej. W tym kontekście konieczne będzie zaprojektowanie i zbudowanie układu eksperymentalnego, który pozwoli na przeprowadzenie takich badań. Samodzielność, kreatywność i umiejętność pracy w grupie, zacięcie eksperymentalne, dociekliwość, umiejętności manualne oraz znajomość podstaw fizyki atomowej, optyki i elektroniki. 10. Magnetometria z wykorzystaniem rezonatorów optycznych Czujniki magnetyczne wykorzystujące efekt Faradaya i rezonatory optyczne mgr Szymon Pustelny (ZF) Zadanie polega na opracowaniu nowej generacji czujników słabych pól magnetycznych wykorzystujących efekty magnetooptyczne w szczególności efekt Faradaya. Planowane jest zbadanie możliwości zwiększenia czułości nieliniowej magnetometrii optycznej przez umieszczenie czujnika w rezonatorze typu Fabry-Perot. Zastosowane czujniki mogą być albo zawierające gaz atomowy albo elementy stało-ciałowe (kryształy, ceramiki). Temat ma charakter aplikacyjny i jest adresowany do studentów inżynierii materiałowej z dobrym przygotowaniem w zakresie struktur atomowych i molekularnych, optyki i elektroniki. fizyki doświadczalnej i inżynierii materiałowej (specjalizacji fotonicznej). 11. Rezonanse Bragga w kondensacie Bosego-Einsteina Spektroskopia braggowska zimnych atomów Rezonans Bragga to dwufotonowy proces obejmujący absorpcję fotonu z jednej wiązki świetlnej i emisję wymuszoną do drugiej wiązki. W ten sposób atomy oddziałujące z wiązkami zmieniają swoją energię kinetyczną i pęd. Pomiary własności takich rezonansów są doskonałą metodą badania kwantowych stanów ultrazimnych atomów w pułapkach dipolowych. Celem pracy będzie opanowanie metod takich pomiarów i ich interpretacji a także wykorzystanie ich do precyzyjnego manipulowania zimnymi atomami. Praca może być w swej końcowej fazie częściowo realizowana w Krajowym Laboratorium FAMO w Toruniu.

7 Samodzielność, kreatywność i umiejętność pracy w grupie, zacięcie eksperymentalne, znajomość podstaw fizyki atomowej i optyki. Temat kierowany do studentów fizyki. 12. Aplety do ilustracji efektów optycznych i fizyki atomowej Animacje komputerowe do dydaktyki z zakresu optyki i fizyki atomowej Wiele zjawisk fizycznych zależy od rozmaitych parametrów niekiedy w dość złożony sposób. Odpowiednie ilustracje mogą wydajnie ułatwić zrozumienie tych zjawisk. Celem pracy jest opracowanie animacji, w których możliwe będzie interaktywne zmienianie poszczególnych parametrów, a tym samym symulowanie różnych warunków doświadczeń z zakresu optyki i fizyki atomowej. Inspiracją do sformułowania tego tematu jest znana strona internetowa Znajomość podstaw fizyki atomowej i optyki i biegłość w odpowiednich technikach programowania. fizyki komputerowej i informatyki stosowanej.