549_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_

Богомолов Борис Константинович

к.ф.-м.н., доцент кафедры полупроводниковые приборы и микроэлектроника НГТУ,

(630073, г. Новосибирск, пр-т К.Маркса, 20) тел. (383) 3-460-875, e-mail: b_bogomolov@mail.ru

Technology of Tri-Gate and FinFET of Transistors (Plasma Chemical Etching of Si)

B.K. Bogomolov

It is experimentally confirmed that process plasma chemical etching (PHE) of Si in CCl2F2/O2 plasma is well compatible to a photoresistive mask on the basis of FP-383. Dependences of speed of PHE of Si on the size of streams of oxygen and freon, anode current, a sample arrangement in the reactor, physical characteristics of a silicon sample, etching time are studied. The PHE of Si optimum mode suitable for practical use is found.

Keywords: plasma chemical etching, silicon, freon.

502

Синтез кинетической кровати для обездвиженных больных

И.А. Волков, Н.А. Чусовитин

Сейчас более миллиона больных в мире «прикованы» к кровати. По различным причинам их количество неуклонно растет за счет роста заболеваемости, травматизма, числа операции, отправлений на фоне старения населения и ухудшения экологии, нехватка квалифицированного персонала или оборудования.

Ключевые слова: кровать, неподвижность, терапия.

1. Введение

Эффективное лечение обездвиженных больных невозможно без постоянной смены положения их тела. Для эффективного лечения существует определенная методика под названием кинетическая терапия. Суть кинетической терапии - изменение положения тела для устранения отрицательного влияния земной гравитации на организм неподвижного больного. Неподвижность отрицательно сказывается на работе дыхательной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и нервной систем, а также на трофике кожи и подкожных тканей. Гравитационному повреждению наиболее подвержены легкие. Во время неподвижности больного в них происходит перераспределение кровотока и вентиляции, формируются ателектазы, создаются условия для развития пневмонии, нарушается оксигенация крови, развивается острое повреждение легких (ОПЛ). Целенаправленная коррекция неподвижности в процессе КТ улучшает работу легких и других, поврежденных гравитацией органов и тканей, способствует постепенному восстановлению их структуры.

2. Теоретическое обоснование

На Российском рынке отсутствует устройство отечественного производства для смены положения тела больных, не требующее физических нагрузок от персонала.

В связи с этим, действующие реабилитационные центры и клиники остро нуждаются в методиках, которые позволили максимально бережно совместить необходимые лечебные, кинетические и профилактические процедуры.

Предлагаемое изобретение относится к области медицины и может быть использовано в реаниматологии, в частности для лечения острого повреждения лѐгких, пролежней и для ухода за неподвижными больными.

Воздействие гравитации на легкие больного с острым повреждением легких (ОПЛ) приводит к перераспределению регионарных функций легких: вентиляция и перфузии. Единственной методикой коррекции гравитационного фактора патогенеза ОПЛ является кинетическая терапия. Суть кинетической терапии заключается в регулярном изменении положения тела больного, что способствует нормализации вентиляционно–перфузионных отношений в легких. В процессе кинетической терапии используются положения на животе (prone– position), на спине (lateral–position), а также положения полуживот–полубок и полуспина– полубок (semiprone–, semisupineposition). С точки зрения влияния на функцию легких из всех позиций наиболее эффективна позиция на животе (см. рис. 1).

503

Рис. 1. Положение пациента prone–position

Повороты больных, в настоящее время в городских клиниках выполняется вручную. Очевидно, что тяжелая физическая нагрузка на медперсонал и кадровый дефицит обостряют проблему ухода за такими больными. По данным ННИИПК им. Е.Н. Мешалкина МЗ РФв бережном переваливании ежечасно нуждаются более 60 чел. По данным МЗ РФ – нуждающихся в переваливаниях, с целью проведения медицинских процедур, более 7000 в час, без учета данной процедуры проводимой с людьми преклонного возраста находящихся дома.

Вопрос бережного переваливания больного активно исследуется за рубежом. Достаточно широко известны кровати RotoRest (рис. 2.) и KineticConcepts(рис. 3.) , производства USA позволяющие проводить кинетическую терапию путем наклона больного, лежащего на матраце, на 700 вправо и влево. Чтобы больной не съезжал за пределы матраца, кровати имеют борта и оборудованы ремнями для крепления больного. Данные кровати имеют существенные недостатки – суммарный угол поворота больного из крайнего правого положения в крайнее левое положение составляет всего 1400, что недостаточно для высокоэффективной методики кинетической терапии. Так как больной исходно лежит на спине, то кровати могут повернуть его только в положения правый или левый полуспина-полубок (semisupineposition). Поворот на живот не возможен. Таким образом, данные кровати не позволяют максимально эффективно проводить кинетическую терапию. Отметим также, что заявленная стоимость таких кроватей крайне высока, около 12 млн.руб.

3. Кинематический анализ

Предлагаемое устройство не является аналогом указанных выше врачебных механизмов и представляет простое концептуальное решение в сегменте устройств упрощающих медикаментозную и реабилитационную терапию. Синтезируемая кинетическая кровать включает основание, опорную поверхность для пациента и призматическую капсулу, соединенную с механизмом вращения – червячным редуктором и шаговым двигателем с крутящим моментом Т=280 Нм, позволяющим совершать пошаговые вращения пациента весом до 150 кг на 3600 со скоростью 1с-1.

504

Аномальная локализация атомов в стоячей световой волне

Р. Я. Ильенков, А. В. Тайченачев, В. И. Юдин

Новосибирский государственный университет Институт лазерной физики СО РАН

Новосибирский государственный технический университет

На основе формализма матрицы плотности разработан квантовый подход, который позволяет полностью учесть влияние эффектов отдачи и локализации атомов. Проведено исследование импульсных и пространственных распределений атомов. Обнаружен эффект аномальной пространственной локализации атомов в поле сильной световой стоячей волны: атомы концентрируются в точках соответствующих максимуму оптического потенциала.

Ключевые слова: лазерное охлаждение, эффект отдачи, оптические решетки.

1. Введение

Лазер - мощный и точный инструмент для эффективного управления поступательными степенями свободы атомов. В настоящее время лазерное охлаждение стало областью науки на стыке лазерной физики и атомной оптики (см., например, [1-3]), имеющей множество перспектив и применений. В частности, получение и исследование конденсата Бозе- Эйнштейна, квантовая информатика, атомная нанолитография и интерферометрия. Комбинация лазерного охлаждения и современных методов прецизионной спектроскопии позволяет создавать стандарты частоты и времени, точность которых достигает величин порядка 10- 18 [4]. Были разработаны различные методы локализации и охлаждения атомов (магнитооптические и дипольные ловушки, оптические решетки и т.д.), ставшие неотъемлемой частью современной фундаментальной и прикладной науки. Такой прогресс не был бы возможен без теоретического анализа и рассмотрения процессов, возникающих при взаимодействии атомов с электромагнитным полем. Однако, теоретическое описание с учетом многоуровневой структуры атома, вырождения уровней, спонтанного распада, эффекта отдачи и влияния поляризации поля представляет собой крайне сложную задачу. Начало еѐ решению было положено в 70-х - 80-х годах исследованием самой простой системы: двухуровневого атома в резонансном световом поле [1,2,5-7]. Аналитическое исследование данной модели с помощью квазиклассического подхода (см., например, [8]), рассматривающего охлаждение в терминах светоиндуцированных сил и их флуктуации (диффузии в пространстве импульсов), позволило наглядно понять многие механизмы охлаждения. Однако квазиклассический подход опи-

сывает лишь те случаи, когда однофотонная частота отдачи (wr k2 / 2M , где M - масса

атома) мала по сравнению с естественной шириной линии охлаждающего перехода, и не пригоден для рассмотрения сильно запрещенных переходов, таких как интеркомбинационный переход стронция, используемый в экспериментах для лазерного охлаждения [9].

Нами был разработан быстрый и эффективный метод расчета [10] стационарных распределений атомов по импульсам и координатам в поле стоячей световой волны с полным учетом эффектов отдачи и локализации. В настоящей работе исследуются стационарные рас-

506

пределения двухуровневых атомов по импульсам и скоростям в поле стоячей волны произвольной интенсивности.

2. Результаты

Метод был успешно реализован, задача численно решалась методом цепных дробей. Исследовалось поведение ансамбля атомов в поле стоячей световой волны различной интенсивности.

В режиме малой отдачи и слабого поля стационарное импульсное распределение имеет характерный куполообразный профиль, а атомы локализуются в области минимума оптического потенциала (в пучностях стоячей волны при красной отстройке). Этот результат хорошо известен и исследовался ранее (см. монографии [1,2] и ссылки в них). Однако в случае сильной стоячей волны (частота Раби больше константы спонтанной релаксации) обнаружена аномальная локализация атомов в максимумах оптического потенциала (см. Рис.1а).

Рис.1. а) Аномальная локализация атомов в максимуме оптического потенциала; б) стационарное импульсное распределение атомов в сильном поле.

Исследования показали, что подобная локализация всегда сопровождается ярко выраженным двугорбым распределением атомов в пространстве импульсов (Рис.1б). Качественное объяснение двугорбого распределения, данное Казанцевым [2] и др., заключается в том, что для медленных атомов в сильном поле доминирует сизифовский механизм, который для двухуровневых атомов и отрицательной отстройки является разогревающим. Быстрые атомы не чувствуют пространственных модуляций потенциала и для них основой эффект – доплеровское охлаждение. В результате средняя по периоду сила светового давления имеет вид, изображенный на Рис.2а, из чего и следует наличие двугорбого распределения атомов по импульсам.

Дальнейший анализ показал, что для появления аномальной локализации существенным является наличие оптического потенциала и двугорбого импульсного распределения атомов. Точный учет эффектов отдачи не является принципиально важным, т.е. аномальную локализацию атомов можно получить, решая квазиклассические уравнения Фоккера-Планка на функцию плотности. Из полученных данных был сделан следующий вывод о механизме обнаруженного эффекта. Максимумам двугорбого распределения соответствует некоторая ненулевая кинетическая энергии Ekin , а стоячая волна создает оптический потенциал глуби-

ной U . Тогда существует два режима: кинетическая энергия больше глубины оптического потенциала, и кинетическая энергия меньше глубины потенциала. В первом случае атомы, в основном, движутся над оптическим потенциалом, однако, скорость их движения зависит от потенциального ландшафта. Так, пролетая над максимумом оптического потенциала, атомы замедляются, что приводит к их концентрации в данных точках. Если же Ekin U , то атомы

будут концентрироваться в классических точках поворота. Подобная локализация так же была обнаружена и показана на (Рис.2б).

507

Рис. 2. а) Средняя по периоду сила светового давления. б) Аномальная локализация атомов в классических точках поворота.

Хотя, в случае двухуровневого атома существует лишь слабая локализация (не более десяти процентов), интерес представляет то, что в простейшей, подробно исследованной системе, найден новый механизм, способный приводить к пространственной локализации атомов.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (государственное задание №2014/139 проект №825); РФФИ (гранты № 14-02-00712, № 14-02- 00939, № 15-02-08377, № 15-32-20330). Р. Я. Ильенков поддержан Фондом Дмитрия Зимина «Династия».

Литература

1.Миногин В.Г., Летохов В.С. //Давление лазерного излучения на атомы. Москва, 1986. 224

C.

2.Казанцев А.П., Сурдутович Г.И., Яковлев В.П.// Механическое действие света на атомы. Москва 1991. 190 C.

3.Cohen-Tannoudji C. // Atomic motion in laser light. Paris, 1992. 164 P.

4.Bloom B. J., Nicholson T. L., Williams J. R., Campbell S. L., Bishof M., Zhang X, Zhang W., Bromley S. L., Ye J. // Nature 2014. V. 506, I. 7486 P.71-75

5.Dalibard J., Cohen-Tannoudji C. // JOSA B 1985. V.2, I.11. P. 1707-1720.

6.Cook R. J. // Phys. Rev. A 1979. V. 20, I. 1. P. 224-228.

7.Gordon J. P., Ashkin A. // Phys. Rev. A 1980. V. 21, I. 5. P. 1606-1617.

8.Миногин В.Г. // ЖЭТФ. 1980. Т. 79. C. 2044-2056.

9.Katori H., Ido T., Isoya Y., Kuwata-Gonokami M. // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 82, I. 6. P. 1116– 1119.

10.Прудников О.Н., Ильенков Р.Я., Тайченачев А.В., Тумайкин А.М., Юдин В.И. // ЖЭТФ. 2011. Т. 139, В. 6. C. 1074-1080.

Ильенков Роман Ярославович

научный сотрудник Лаборатории физики оптических явлений НИЧ НГУ (630090,

г. Новосибирск, ул. Пирогова, д. 2), e-mail: ilenkov.roman@gmail.com

Тайченачев Алексей Владимирович

д.ф.-м.н., заместитель директора по научной работе ИЛФ СО РАН (630090, г. Новосбирск, пр-т Академика Лаврентьева, д. 13/3), e-mail: taichenachev@hotmail.ru

508

Юдин Валерий Иванович

д.ф.-м.н., главный научный сотрудник Лаборатории физики оптических явлений НИЧ НГУ (630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, д. 2), e-mail: viyudin@mail.ru

Anomalous localization of atoms in a standing light wave

R.Y. Ilenkov, V.I. Yudin, A.V. Taichenachev

On the basis of the density matrix formalism developed quantum approach which allows to take into account the recoil effect and localization of atoms. Momentum and spatial distribution of the atoms have been investigated. Anomalous spatial localization of atoms in a strong light field of a standing wave was detected: the atoms are concentrated at the points corresponding to the maximum of the optical potential.

Keywords: laser cooling, recoil effect, optical lattice.

509

Статистический подход к квантовой задаче о лазерном охлаждении

Р. Я. Ильенков, А. В. Тайченачев, В. И. Юдин

Новосибирский государственный университет Институт лазерной физики СО РАН

Новосибирский государственный технический университет

Разработан статистический подход, который позволяет получить информацию о времени охлаждения атомного ансамбля без прямого решения динамической задачи. Метод реализован как для квантового подхода с полным учетом эффектов отдачи и локализации атомов, так и для квазиклассического подхода на основе уравнения Фоккера-Планка. Проведено сравнение импульсных распределений атомов, полученных в рамках различных подходов. Обнаружен эффект насыщения скорости лазерного охлаждения при увеличении частоты Раби.

Ключевые слова: лазерное охлаждение, эффект отдачи, оптические решетки, статистический подход, эффект насыщения.

1. Введение

Изобретение лазера позволило ученым управлять как внутренними, так и внешними степенями свободы атомов и молекул с высокой точностью. Появилась возможность ускорять, замедлять, захватывать атомы и коллимировать атомные пучки. В настоящее время лазерное охлаждение стало областью науки на стыке лазерной физики и атомной оптики [1-3].

Изначально, теория поступательного движения атомов в лазерных полях развивалась в рамках простейшей модели атома, внутренние степени которого описываются двумя состояниями, соответствующими невырожденным энергетическим уровням [4-6]. Считалось, что использование этой модели является вполне адекватным для описания основных экспериментальных результатов. Представлялось, что учет реальной структуры атомных уровней, вырожденных по проекции полного углового момента, приведет лишь к небольшим численным поправкам. Применительно к лазерному охлаждению основной результат, следующий из двухуровневой модели [1,2], заключается в существовании теоретического предела на минимальную температуру охлаждения, т. н. доплеровский предел, типичное значение которого для атомов щелочных металлов составляет около одного микрокельвина.

Основная сложность теоретического описания взаимодействия атомов с полем заключается в том, что кинетика нейтральных атомов в когерентных световых полях описывается квантово-кинетическими уравнениями для двухточечной атомной матрицы плотности, включающими все атомные уровни и когерентность между ними, а также учитывающими эффекты отдачи, возникающие в процессах поглощения и излучения фотонов. Для качественного описания кинетических эффектов изначально был развит квазиклассический подход [1,2], где уравнения для квантовой матрицы плотности сводились к уравнению Фоккера- Планка для функции распределения в фазовом пространстве. Основным условием применимости квазиклассического подхода является малость параметра отдачи. В рамках данного подхода были получены выражения для силы и коэффициентов диффузии, позволяющие качественно описать динамику атомов в световых полях и эффекты доплеровского и субдопле-

510