Circular dichroism of magnetically induced transitions for D ₂ lines of alkali atoms

Abstract

In this letter we study magnetic circular dichroism in alkali atoms exhibiting asymmetric behaviour of magnetically induced transitions. The magnetic field B k induces transitions between ΔF = ±2 hyperfine levels of alkali atoms and in the range of ∼0.1-3 kG magnetic field, the intensities of these transitions experience significant enhancement. We have inferred a general rule applicable for the D2 lines of all alkali atoms, that is the transition intensity enhancement is around four times larger for the case of σ + than for σ − excitation for ΔF = +2, whereas it is several hundreds of thousand times larger in the case of σ − than that for σ + polarization for ΔF = −2. This asymmetric behaviour results in circular dichroism. For experimental verification we employed half-wavelength-thick atomic vapor nanocells using a derivative of the selective reflection technique, which provides a sub-Doppler spectroscopic linewidth (∼50 MHz). The presented theoretical curves well describe the experimental results. This effect can find applications particularly in parity violation experiments.

Dark resonance formation with magnetically induced transitions: extension of spectral range and giant circular dichroism

“…As is seen, the probability of MI transition labeled 3 becomes dominating over all other transitions in the range of B = 250 − 2000 G, and remains sufficiently large up to 4000 G. Corresponding Bfield dependences for transition frequency shifts are presented in Fig.1b. Also shifts for 85 Rb F g = 2 → F e = 4 MI transitions are presented (black dotted lines), but their probabilities rapidly decrease at B > 1000 G [12], and that is why they do not contribute to the DR spectrum. The calculations presented in Fig.…”

Магнитоиндуцированныe атомные переходы D-=SUB=-2-=/SUB=--линии калия

“…Как показано ниже, максимальные вероятности MI-переходов достигаются при магнитных полях B ∼ 0.3B 0 , что является преимуществом использования атомов 39 K для исследования описываемых процессов. Отметим, что в формировании MI-переходов D 2 -линии атомов 87 Rb участвуют нижние и верхние атомные уровни (5S 1/2 −5P 3/2 , F = ±2), аналогичные тем, которые участвуют в соответствующих переходах в атомах 39 K [4,6]. Поэтому приведенные ниже особенности MIпереходов для 39 K верны и для 87 Rb, однако при значительно больших магнитых полях B ∼ 15B 0 ( 39 K).…”

“…Однако в магнитных полях, как правило, происходит гигантское возрастание вероятностей переходов с F = ±2. Поэтому такие переходы названы магнитоиндуцированными (MI) переходами [1][2][3][4][5][6]. Повышенный интерес к MIпереходам обусловлен рядом факторов.…”

“…В работах [5,6] было установлено следующее общее правило: вероятности (интенсивности) MI-переходов с F = +2 максимальны (а также максимально число регистрируемых MI-переходов) при использовании σ +излучениия, в то время как интенсивности MI-переходов с F = −2 максимальны (а также максимально их число) при использовании σ − -излучениия. Для некоторых MI-переходов различие в интенсивности при использовании σ + -и σ − -излучениий может достигать нескольких порядков.…”

Циркулярный дихроизм атомных переходов D-=SUB=-1-=/SUB=- линии Rb в магнитных полях

“…В работах [9,10] были исследованы особенности МИ переходов в магнитном поле с использованием циркулярно поляризованных излучений σ + и σ − для линии D 2 атомов щелочных металлов и было показано, что для некоторых МИ переходов различие в интенсивности σ + -и σ − -переходов может быть очень значительным. Различная реакция атомной системы при использовании σ + -и σ − -излучений и магнитного поля в атомной спектроскопии называется магнитоиндуцированным циркулярным дихроизмом (magnetically-induced circular dichroism, MCD) [11].…”