Ατομική, Μοριακή και Οπτική Φυσική

Τα μέλη του τομέα Ατομικής Μοριακής και Οπτικής (ΑΜΟ) Φυσικής είναι οι Αν. Καθ. Κομίνης, Καθ. Ρακιτζής και Καθ. Χαραλαμπίδης, όπως επίσης και οι αφυπηρετήσαντες Ομ. Καθ. Λαμπρόπουλος, Καθ. Τζούρος και Ομ. Καθ. Φωτάκης. Αρκετά από τα μέλη του Τομέα ΑΜΟ συνεργάζονται με το Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέϊζερ του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας, στο οποίο δραστηριοποιούνται επιπλέον ερευνητικές ομάδες σε διάφορα θέματα της θεωρητικής και πειραματικής φυσικής ΑΜΟ.

Ο τομέας ΑΜΟ του Τμήματος Φυσικής ασχολείται με θεωρητική και πειραματική έρευνα αιχμής, προσφέροντας στους προπτυχιακούς και μεταπτυχιακούς φοιτητές χειροπιαστή εκπαίδευση και αναλυτικές δεξιότητες που απαιτούνται για τη διενέργεια περίπλοκων πειραμάτων και θεωρητικών υπολογισμών σε μια ευρεία θεματολογία, όπως λέϊζερ και φωτονική, ηλεκτρονικές διατάξεις και συλλογή και ανάλυση πειραματικών δεδομένων, τεχνολογία κενού, ατομική και μοριακή φυσική, χημειοφυσική και βιοφυσική, κλασσική και κβαντική οπτική, κβαντική τεχνολογία και κβαντική πληροφορία.


Εργαστήριο Κβαντικής Φυσικής και Κβαντικής Βιολογίας

Η κβαντική ανίχνευση είναι μία από τις θεμελιακές κατευθύνσεις της κβαντικής τεχνολογίας, που σκοπεύει να μετασχηματίσει τον «παράδοξο» κβαντικό μικρόκοσμο σε χρήσιμη τεχνολογία. Για παράδειγμα, τα ατομικά μαγνητόμετρα, βασικό παράδειγμα κβαντικής ανίχνευσης, έχουν οδηγήσει σε πρωτοποριακή μη επεμβατική ανίχνευση της μαγνητικής λειτουργίας του εγκεφάλου. Εμείς ασχολούμαστε με την κβαντική ανίχνευση με χρήση θερμών αλκαλικών αερίων, και μελετάμε μεταξύ άλλων το θόρυβο του σπιν, που θέτει ένα θεμελιώδη περιορισμό στην ακρίβεια των μαγνητικών μετρήσεων κβαντικής ανίχνευσης, και παράλληλα μελετάμε τα κβαντικά θεμέλια των συγκρούσεων ανταλλαγής σπιν, οι οποίες κυριαρχούν στη δυναμική σπιν στα ατομικά αυτά αέρια.

Η κβαντική βιολογία είναι ένα νέο και διεπιστημονικό πεδίο που συνθέτει το σύγχρονο πεδίο της κβαντικής πληροφορίας με τα περίπλοκα βιολογικά συστήματα. Η βασική υπόθεση της κβαντικής βιολογίας είναι ότι όπως και η κβαντική τεχνολογία που αναπτύσσεται από εμάς, η φύση κατάφερε και αυτή να εκμεταλλευτεί το λεγόμενο «κβαντικό πλεονέκτημα», δηλαδή η λειτουργία κάποιων βιολογικών συστημάτων να επηρεάζεται καθοριστικά από αμιγώς κβαντικά φαινόμενα σε μοριακό επίπεδο. Εμείς δείξαμε ότι βιοχημικές αντιδράσεις εξαρτώμενες από το σπιν, στις οποίες βασίζεται η βιοχημική πυξίδα και η μεταφορά φορτίου και σπιν στη φωτοσύνθεση, εμφανίζουν το σύνολο των φαινομένων που έχουμε κατανόησει τα τελευαία χρόνια σε σχέση με την κβαντική επεξεργασία πληροφορίας.

Η κβαντική όραση είναι μια παρόμοια ερευνητική κατεύθυνση που συνθέτει την κβαντική οπτική με τη φυσιολογία της ανθρώπινης όρασης. Στο πεδίο αυτό διενεργούμε πειράματα τόσο με ανθρώπους, όσο και με ζωϊκά φωτοκύτταρα. Πρόσφατα αναπτύξαμε μια καινοτόμο πηγή φωτός που επιτυγχάνει κορομετρία ακριβείας, μέσω της οποίας αποκτούμε για πρώτη φορά πρόσβαση σε σημαντικό όγκο πληροφορίας για τη λειτουργία του εγκεφάλου. Η πληροφορία αυτή φαίνεται να έχει και διαγνωστική αξία για ασθένειες του αμφιβληστροειδή και του νευρικού συστήματος.

Για περισσότερες λεπτομέρειες βλέπε εδώ.
 

Εργαστήριο Φασματοσκοπίας Πόλωσης
Παραγωγή πολωμένου ατομικού υδρογόνου (SPH) από οπτική διέγερση μορίων
Το SPH έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στη φυσική και τη χημεία. Η ομάδα μας έχει παραγάγει SPH σε πυκνότητες άνω των 1019SPH/cm3 (άνω του ενός εκατομμυρίου φορές υψηλότερες από τις παραγόμενες με συμβατικές μεθόδους), μέσω μοριακής φωτοδιάσπασης με κυκλικά πολωμένους παλμούς φως. Αυτές οι υψηλές πυκνότητες SPH έχουν εφαρμογές στην παραγωγή δεσμών υψηλής ροής πολωμένων σωματιδίων, σε δοκιμές πολωμένης πυρηνικής σύντηξης και σε εφαρμογές ταχείας μαγνητομετρίας. Αυτήν την περίοδο αναπτύσσουμε μεθόδους για υψηλούς ρυθμούς παραγωγής πολωμένων ατόμων και μορίων, από την διέγερση μορίων με laser στο υπέρυθρο, με στόχο την παραγωγή SPH με ρυθμό τουλάχιστον 1020 SPH/s, τη στιγμή που οι συμβατικές μέθοδοι, όπως ο διαχωρισμός περιστροφής Stern-Gerlach, περιορίζονται σε περίπου 1017 SPH/s. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν την ενίσχυση σήματος NMR και την ενίσχυση της απόδοσης πυρηνικής σύντηξης με χρήση πολωμένων στόχων.


Πολωσιμετρία χειρομορφίας σε οπτικές κοιλότητες
Η πολωσιμετρία χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της χειρομορφίας μορίων, κυρίως στη χημεία και τη βιολογία, σε υπερευαίσθητες μετρήσεις μαγνητομετρίας, και σε μετρήσεις παραβίασης της συμμετρίας ομοτιμίας στην ατομική φυσική. Ωστόσο, τα εμπορικά πολωσίμετρα (μονής διέλευσης) περιορίζονται σε ευαισθησίες μέτρησης απόλυτων οπτικών γωνιών περιστροφής περίπου 5 μrad και σχετικών γωνιών περίπου 10 nrad, λόγω της ατελούς αφαίρεσης του θορύβου υποβάθρου και της διπλοθλαστικότητας. Η ομάδα μας πρωτοπορεί στην πολωσιμετρία με χρήση οπτικών κοιλοτήτων, η οποία βελτιώνει το οπτικό σήμα περιστροφής κατά το πλήθος των πλήρων περιφορών του φωτός εντός της κοιλότητας (τυπικά κατά ένα παράγοντα 100-1000), ενώ ταυτόχρονα καταστέλλει την επίδραση της διπλοθλαστικότητας, και επιτρέπει γρήγορες αντιστροφές σήματος που βελτιώνουν την αφαίρεση του υποβάθρου. Συνολικά, αυτές οι μέθοδοι βελτιώνουν την απόλυτη ευαισθησία της πολωσιμετρίας κατά τουλάχιστον 3 τάξεις μεγέθους. Άμεση επιδίωξή μας είναι εφαρμογές υπερευαίσθητων μετρήσεων πολωσιμετρίας σε επιφάνειες και λεπτά υμένια και μετρήσεις παραβίασης ομοτιμίας σε άτομα ιωδίου και μόρια HgH.

Για περισσότερες λεπτομέρειες βλέπε εδώ.

Εργαστήριο Επιστήμης & Τεχνολογίας Αττοδευτερολέπτων (A-S&T Lab)

Χωρικός εντοπισμός ενός συστήματος στις ατομικές διαστάσεις, σύμφωνα με την αρχή της απροσδιοριστίας, συνεπάγετε κινήσεις με χαρακτηριστικούς χρόνους στην κλίμακα των αττοδευτερολέπτων. Καταγραφή τέτοιας υπερταχείας κίνησης απαιτεί παλμούς αυτής της χρονικής κλίμακας. Η σύνθεση παλμών αττοδευτερολέπτων, σύμφωνα με την αρχή της υπέρθεσης, απαιτεί φασματικό εύρος μεγαλύτερο αυτού του ορατού φάσματος και μεγαλύτερων μηκών κύματος, δηλαδή απαιτεί σύμφωνη ακτινοβολία ευρέως φάσματος υπεριώδους κενού (ΥΙΚ) και/ή ακτίνων-χ. Μικρά μήκη κύματος, σύμφωνα με την αρχή της περίθλασης, προσφέρουν υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα. Παλμοί αττοδευτερολέπτων προσφέρουν επομένως των καλύτερο δυνατό συνδυασμό χωροχρονικής διακριτικής ικανότητας. Το εργαστήριο Επιστήμης & Τεχνολογίας Αττοδευτερολέπτων εστιάζει τις δραστηριότητές τους στην ανάπτυξη ισχυρών πηγών ακτινοβολίας αττοδευτερολέπτων, βασισμένων στην μη γραμμική αλληλεπίδραση ακτινοβολίας laser με αέριους στόχους, τον χρονικό χαρακτηρισμό τους και την χρήση τους σε εφαρμογές χρονικής φασματοσκοπίας και φυσικής ισχυρών πεδίων. Αναπτύσσοντας γραμμές παραγωγής παλμών αττοδευτερολέπτων με ισχύ κορυφής στο υπεριώδες κενού της τάξεως των 10 GWatt και διάρκεια παλμού μικρότερη του φεμτοδευτερόλεπτου, καθίστανται πραγματοποιήσιμες μη-γραμμικές διαδικασίες, επαγόμενες μόνο από την ακτινοβολία ΥΙΚ. Το εργαστήριο χρησιμοποιεί τέτοιες διαδικασίες για τον χρονικό χαρακτηρισμό των παλμών αττοδευτερολέπτων, για την μελέτη υπερταχείας δυναμικής με χρήση της τεχνικής XUV-pump-XUV-probe, για την μελέτη πολύ-φωτονικού (φωτόνια ΥΙΚ) πολλαπλού ιονισμού και για την παρατήρηση φαινομένων ισχυρού πεδίου στην φασματική περιοχή του ΥΙΚ. Μία άλλη δραστηριότητα του εργαστηρίου είναι η συμβολή του στην δημιουργία και υλοποίηση μεγάλων Ευρωπαϊκών και εθνικών ερευνητικών υποδομών.

Για περισσότερες λεπτομέρειες βλέπε εδώ.

Ατομική Φυσική με Επιταχυντές.

Οι διαδικασίες ηλεκτρονικών μεταβάσεων που προκαλούνται σε κρούσεις υψηλής ενέργειας μεταξύ ιόντων και ατόμων μελετώνται σε φασματοσκοπία ηλεκτρονίων Auger υψηλής διακριτικής ικανότητας. Το ενδιαφέρον εστιάζεται σε κρούσεις ημιελευθέρων (quasi - free) ηλεκτρονίων με υψηλά φορτισμένα ιόντα, όπου τα ηλεκτρόνια του στόχου ενεργούν σαν ελεύθερα σωματίδια με κάποια διεύρυνση της ορμής τους λόγω της περιφοράς με εφαρμογές στη φυσική πλάσματος, στην αστροφυσική, στην τεχνολογία κυκλικών επιταχυντών (storage rings), καθώς και στο πεδίο ραδιοθεραπείας με βαρέα ιόντα. Πειράματα διενεργούνται σε διάφορα εργαστήρια επιταχυντών, ιδίως στις ΗΠΑ και την Γερμανία. Από τo 2013, με χρηματοδότηση από το πρόγραμμα ΘΑΛΗΣ (2011-2015) έχει αναπτυχθεί η ειδική πειραματική γραμμή (beam line) L45 αποκλειστικά για μελέτες ατομικής φυσικής σε κρούσεις ιόντων με άτομα στο εργαστήριο τoυ επιταχυντή 5.5MV Tandem Van de Graaff στο Ινστιτούτο Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής στο ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος στην Αθήνα, και έχει συσταθεί η ειδική συνεργασία APAPES για φασματοσκοπία Auger ηλεκτρονίων δέσμης. Οι μετρήσεις εστιάζουν στην διερεύνηση μηχανισμών ατομικών διεγέρσεων μετασταθών ιόντων σε κρούση με αέριους στόχους, χρησιμοποιώντας πρωτοπόρες τεχνικές φασματοσκοπίας ηλεκτρονίων. Νέα αποτελέσματα του APAPES το 2020, κάνοντας χρήση προδιεγερμένων δεσμών ιόντων άνθρακα C4+(1s2s 3S) σε κρούσεις με στόχους He και H2 έδειξαν για πρώτη φορά την ανεπάρκεια της στατιστικής spin στην περιγραφή δυναμικών ατομικών συστημάτων πολλαπλών ηλεκτρονίων σε τριπλά ανοικτούς φλοιούς.

Για περισσότερες λεπτομέρειες βλέπε εδώ.

Πανεπιστήμιο Κρήτης - Τμήμα Φυσικής - Πανεπιστημιούπολη Βουτών - TK 70013 Βασιλικά Βουτών, Ελλάδα
τηλ: +30 2810 394300 - fax: +30 2810 394301