4. Phương pháp nghiên cứu
3.8. Quan sát hiệu ứng Macaluso-Corbino
3.8.1. Quy trình đo phổ
Bước 1: Dựa vào phổ hấp thụ bão hòa, chúng ta điều chỉnh tần số laser
đến miền tần số quét cần khảo sát.
Bước 2: Điều chỉnh kính phân cực P1 để cường độ chùm sáng qua buồng mẫu 2 nhỏ hơn 2 mW/cm2, điều chỉnh góc phân cực của kính P1 sao cho cường độ chùm sáng đạt giá trị cực đại.
Bước 3: Đặt buồng mẫu 2 vào vị trí như trên Hình 2.43, khảo sát sự phụ thuộc tín hiệu phổ vào góc quay phân cực của kính P2 khi chưa có từ trường ngồi.
Bước 4: Khảo sát sự phụ thuộc của tín hiệu theo góc quay phân cực của
Bước 5: Cố định góc quay của kính phân cực P2, thay đổi cường độ dòng điện (tức là thay đổi từ trường) và khảo sát sự phụ thuộc của tín hiệu vào từ trường qua buồng mẫu.
3.8.2. Hiệu ứng Macaluso-Corbino (MC)
Nguồn sáng được dùng là một laser diode phát liên tục, có bước sóng nằm trong miền dịch chuyển D2 của nguyên tử Rubi, cường độ chùm laser qua buồng mẫu bằng 1.6 mW/cm2 và có thể điều chỉnh bằng bộ lọc trung hịa và cặp kính phân cực P1, P2. Từ trường ngoài được tạo ra bằng cách sử dụng hệ Helmholtz-coil, độ lớn của từ trường có thể thay đổi bằng cách thay đổi cường độ dòng điện I qua cuộn dây theo biểu thức tính [44] (trong hệ đơn vị Gauss- cgs):
B = 32.I (3.31)
Khi khơng có từ trường, dạng đường cong phổ hấp thụ ứng với các giá trị tần số khác nhau thu được ứng với hai góc quay của các kính phân cực P1, P2 khác nhau hầu như khơng thay đổi. Mặc dù cường độ phổ hấp thụ cộng hưởng ứng với hai góc quay kính phân cực đối xứng nhau (-300 và 300) có sự sai khác nhau nhưng vị trí đỉnh hấp thụ là khơng thay đổi (Hình 3.15a).
Thay đổi cường độ dịng điện để có I = 1.5 A và cảm ứng từ xác định theo (3.31) có giá trị B = 48 Gauss. Khi quay mặt phẳng phân cực dẫn đến tín hiệu phổ thu được ứng với các tần số gần các dịch chuyển D2 là 52P3/2 (F = 2, 3, 4) 52S1/2(F = 3); 52P3/2 (F = 1, 2, 3) 52S1/2 (F = 2) của nguyên tử 85Rb và 52P3/2 (F = 1, 2, 3) 52S1/2 (F = 2); 52P3/2 (F = 2, 1, 0) 52S1/2 (F = 1) của nguyên tử 87Rb cũng thay đổi hình dạng và cường độ (Hình 3.15b). Trên các Hình 3.15c và 3.15d chúng tơi so sánh ảnh hưởng của hiệu ứng quay quang– từ Macaluso-Corbino lên đỉnh hấp thụ, đường màu xanh tương ứng B = 0, đường màu đỏ tương ứng B = 48 Gauss. Hiệu ứng quay quang – từ với góc quay 300
thể hiện trên Hình 3.13c, cường độ của hấp thụ cộng hưởng giảm xuống khi từ trường B khác không, đồng thời vị trí cộng hưởng cũng đã thay đổi, quan sát rõ nhất tại đỉnh F = 3 của nguyên tử 85Rb. Với góc quay phân cực bằng -300 (Hình 3.15d), thì dạng các đường cong hấp thụ khi B = 0 và khi B = 48 Gauss không thay đổi nhưng cường độ phổ hấp thụ đã tăng lên.
Hình 3.15 Kết quả thực nghiệm khảo sát hiệu ứng Macaluso-Corbino (a) khi khơng
có từ trường, (b) khi có từ trường, (c, d) so sánh khi có từ trường và khi khơng có từ trường.
Bằng cách thay đổi các giá trị khác nhau của từ trường và đo các góc quay mặt phẳng phân cực ở gần các dịch chuyển cộng hưởng chúng ta nhận thấy khi từ trường tăng lên, góc quay mặt phẳng phân cực của các mode riêng lan truyền qua mơi trường khí ngun tử Rubi tăng lên tại các miền cộng hưởng. Dựa vào mơ hình lý thuyết đã xây dựng trong chương I và kết quả mơ phỏng bằng phần
mềm trong cơng trình [45], chúng tơi nhận thấy, kết quả thực nghiệm phù hợp với kết quả mơ phỏng lý thuyết (xem Hình 3.16).
Kết quả thực nghiệm cho thấy, sự quay mặt phẳng phân cực của ánh sáng tại dải tần số gần với các dịch chuyển cộng hưởng D2 là 52P3/2 (F = 2, 3, 4) 52S1/2(F = 3); 52P3/2 (F = 1, 2, 3) 52S1/2 (F = 2) của nguyên tử 85Rb và 52P3/2 (F = 1, 2, 3) 52S1/2 (F = 2); 52P3/2 (F = 2, 1, 0) 52S1/2 (F = 1) của nguyên
tử 87Rb. Khi có mặt từ trường ngoài, hiện tượng quay quang-từ xuất hiện làm thay đổi vị trí đỉnh hấp thụ, cũng như làm thay đổi trạng thái từ hấp thụ sang trong suốt. Đây là cơ sở để xây dựng hệ chuyển mạch quang-từ ở cấp độ nguyên tử.
Hình 3.16 Sự phụ thuộc của góc quay mặt phẳng phân cực ánh sáng vào từ trường
ngồi, (a) đường mơ phỏng theo lý thuyết, (b - e) đường thực nghiệm của các giá trị từ trường khác nhau khi = 600.