Desde o desenvolvimento de técnicas para controlar o movimento atômico usando a força de pressão de radiação, muitas aplicações tem sido sugeridas e implementadas. Entre estas, o aprisionamento atômico e o desenvolvimento de estruturas espaciais com átomos frios merece atenção especial devido à sua potencial aplicação em depósitos superficiais como litografia. Realizamos, neste trabalho, um estudo sobre feixes atômicos e sua desaceleração e compressão espacial. Realizamos também estudos numéricos sobre a formação de estruturas em anéis em feixes atômicos, verificando ser factível, e estudando também a compressão destas estruturas espaciais, com vistas a possíveis aplicações em nanolitografia atômica. / From the very beginning of the development of atomic motion control techniques using the radiation pressure force, a variety of applications have been suggested and implemented. Of all these, atomic trapping techniques and the development of spatial structures using cold atoms deserves special attention due to its potential application to surface deposition such as lithography. In the present work, we perform a study on atomic beams and their deceleration and spatial compression. We also perform numerical studies and present experimental observation of the realization of spatial ring structures in atomic beams, verifying its factibility, and we study the compression of such ring-shaped structures with application in atomic nanolithography as the ultimate goal.

Desde o desenvolvimento de técnicas para controlar o movimento atômico usando a força de pressão de radiação, muitas aplicações tem sido sugeridas e implementadas. Entre estas, o aprisionamento atômico e o desenvolvimento de estruturas espaciais com átomos frios merece atenção especial devido à sua potencial aplicação em depósitos superficiais como litografia. Realizamos, neste trabalho, um estudo sobre feixes atômicos e sua desaceleração e compressão espacial. Realizamos também estudos numéricos sobre a formação de estruturas em anéis em feixes atômicos, verificando ser factível, e estudando também a compressão destas estruturas espaciais, com vistas a possíveis aplicações em nanolitografia atômica. / From the very beginning of the development of atomic motion control techniques using the radiation pressure force, a variety of applications have been suggested and implemented. Of all these, atomic trapping techniques and the development of spatial structures using cold atoms deserves special attention due to its potential application to surface deposition such as lithography. In the present work, we perform a study on atomic beams and their deceleration and spatial compression. We also perform numerical studies and present experimental observation of the realization of spatial ring structures in atomic beams, verifying its factibility, and we study the compression of such ring-shaped structures with application in atomic nanolithography as the ultimate goal.

Para cumprir um dos principais planos de pesquisa do Experimento Tokamak Esférico - ETE, que é o de investigar a região de borda da coluna de plasma em dispositivos de baixa razão de aspecto, desenvolveu-se um sistema de diagnóstico baseado em um Feixe de Lítio Neutro e Rápido - FLNR. Nos diagnósticos de feixes atômicos, como é o caso do FLNR, os perfis da densidade de elétrons são obtidos pela medida da emissão do feixe neutro de lítio. Quando átomos de lítio são injetados em um plasma eles emitem fótons devido a processo de excitação por impacto com elétrons. A taxa local de emissão de fótons, referente à linha de ressonância do lítio, no comprimento de onda l = 670,8 nm, é proporcional à densidade do plasma. Na região sondada pelo FLNR no ETE, a atenuação sofrida pelo feixe pode ser desprezada e a densidade é obtida por meio de processo de calibração da emissão do feixe feita em gás neutro. O feixe produzido neste diagnóstico, após um exaustivo esforço para otimizar suas características de emissão, tem densidade de corrente inicial de 1mA/cm2, energia de 10 keV, diâmetro de cerca de 2 cm, sendo neutralizado com eficiência de aproximadamente 80%. O sistema de detecção ótica instalado permite coletar a luz proveniente dos átomos de lítio em uma única posição radial no ETE, 7 cm afastado do limitador, com resolução espacial de cerca de 1 cm e resolução temporal menor que 1 ms. Em sondagem feita no gás neutro com o FLNR obtiveram-se medidas da rápida variação da pressão no interior da câmara de vácuo do ETE após injeção de gás por válvula puff. Também se determinou a densidade da descarga glow de He, usada em processo de condicionamento do vácuo no ETE. Por fim, o diagnóstico do FLNR permitiu a determinação da evolução temporal da densidade eletrônica na borda do plasma produzido na descarga do ETE, com excelente resolução espacial e temporal. O resultado alcançado foi confrontado com os valores obtidos por diagnósticos de sonda eletrostática e por espalhamento Thomson; a boa concordância dos pontos experimentais valida o diagnóstico do FLNR como poderosa ferramenta para sondar o plasma de borda no tokamak ETE. Já está em andamento a ampliação do sistema de detecção ótica que irá permitir a obtenção do perfil radial da densidade na borda da coluna de plasma, em um único disparo no ETE.