极性冷分子的静电囚禁原理及方案简介

本文首先简单介绍了极性分子的静电囚禁原理,然后对目前存在的冷分子的静电囚禁方案进行了简单的介绍。

一种针对弱场搜寻态冷极性分子的可控静电表面囚禁方案

提出一种使用带电金属环和六个球电极和一个外加偏置电场实现对冷极性分子静电囚禁的新方案.计算装载和囚禁时空间电场分布.囚禁中心距离芯片表面的高度可以通过外电场和环形电极所加电压来操控.蒙特卡罗模拟表明对于中心速度为15 m·s^(-1)的ND3分子束,装载效率可以达到70%,得到冷分子的温度大约为45 mK.当继续增加偏置电场强度时,单阱分裂为对称的两个阱.如果同时改变球形电极上所加电压,得到不对称的两个阱,可以借此来调节两个阱中所囚禁的冷分子数目的比例.为了易于理解,用蒙特卡罗方法模拟了装载、囚禁、分裂冷分子波包的动力学过程.

超冷极性分子

目前对超冷原子的研究已经从最初的原子分子物理扩展到了物理的很多分支.极性分子可以将电偶极相互作用引入到超冷体系,同时分子又与原子类似,可以灵活地被光和其他电磁场操控,因而很多理论工作都预言了超冷极性分子在超冷化学、量子模拟和量子信息等领域会有重要的应用.但由于超冷基态分子的制备非常困难,如何把超冷物理从原子发展到分子还是一个方兴未艾的课题.过去的10年间,各种分子冷却技术都取得了很大突破,本文回顾了这些进展,并着重介绍了基于异核冷原子的磁缔合结合受激拉曼转移这一技术,该技术在制备高密度的基态碱金属超冷极性分子上取得了较大的成功.本文也总结了超冷极性碱金属分子基本碰撞特性研究的一些实验结果.

超冷^(85)Rb^(133)Cs分子转动态碰撞特性研究

使用损耗光谱技术测量了直接光缔合制备的X^(1)Σ^(+)(v=0)振动基态超冷^(85)Rb^(133)Cs分子的转动态分布,使用微波脉冲技术操控了超冷^(85)Rb^(133)Cs分子转动态布居转化,对基态超冷^(85)Rb^(133)Cs分子最低振动态上纯转动态和混合转动态的碰撞特性进行了研究。具体地测量了^(85)Rb^(133)Cs分子分别处于X^(1)Σ^(+)(v=0,J=1)转动态、X^(1)Σ^(+)(v=0,J=2)转动态以及这两个转动态形成的混合态这三种情况下的分子布居演化,引入速率方程来描述损耗过程中分子的动力学过程并获得分子非弹性碰撞系数,实验发现转动混合态的碰撞系数高于纯转动态碰撞系数,造成这种差异的原因主要来自于相邻转动态之间的偶极—偶极相互作用。本工作为理解超冷极性分子非弹性碰撞机制、制备低温高密度超冷极性分子提供了重要参考。

在芯片表面囚禁冷极性分子的多功能静电阱

提出了一种用一对金属平板电容器和4根半埋入绝缘介质的杆电极组成的用于囚禁处于弱场搜寻态的冷极性分子的静电表面阱方案。用有限元软件计算了单阱囚禁时的空间电场分布,发现芯片表面上方2.2 mm左右形成了一个三维封闭的静电阱。选用重氨(ND_3)分子作为测试分子,用经典的蒙特卡罗方法模拟了ND_3分子被装载和囚禁的动力学过程。模拟结果表明,当ND_3分子束中心速度为13m/s、装载时刻为0.576ms时,最大装载效率可达53%,被囚禁的冷极性分子的温度约为35mK;如果继续增大平板电极的电压,则原先的单阱将对称分裂为两个阱,两个阱中的分子数目比为1…1;通过改变中间两个杆电极的电压,可实现非对称分裂,以此来调节两阱中囚禁分子数目比;可实现在0%~100%范围内左阱和右阱的分子数目占总分子数目的比例的调节。该方案为进一步研究三维囚禁型冷极性分子静电表面干涉仪打下基础,对于精密测量和研究物质波干涉有着重要的意义。

一种实现冷分子囚禁的可控制静电双阱方案

提出了采用双环形载荷导线和两透明电极系统实现冷分子静电囚禁的可控制静电双阱的新方案,计算了带电圆导线和带电板所产生的静电场分布,从几个方面分析了这个囚禁方案的优点.提出了一种有效的冷分子装载方法,并研究了双阱到单阱的演化过程.研究表明,该可控制静电双阱方案不仅方便装载与操控弱场搜寻态的极性冷分子,而且在分子物质波的干涉、纠缠、冷碰撞,甚至进行双阱分子BEC研究等分子光学领域中有着广阔的应用前景.

芯片表面的冷极性分子静电阱与微阱阵列

提出一种利用三根载荷金属杆来实现在芯片表面陷俘冷极性分子的静电阱.给出空间静电场等高线分布.通过调节电极电压操控阱中心距离芯片表面的高度.用经典的蒙特卡罗方法模拟冷分子被装载和囚禁的动力学过程.方案对中心速度为11 m·s-1的冷分子束,最大装载效率可以达到40%,阱中分子的温度大约为25 mK.方案可以进一步微型化、集成化,形成一维和二维静电微阱阵列,在量子计算、低维物理等方面有应用价值.

一种光学通道开放且适合构建晶格的静电阱

提出了一种用三个带电球电极形成一个光学通道开放、针对弱场搜寻态冷极性分子的静电囚禁方案。给出了方案图,用镜像法推导了空间电场分布的解析解,并利用有限元软件得到了电场分布的数值解。采用经典蒙特卡罗法模拟了冷极性分子被装载和囚禁于静电阱的动力学过程。研究了入射分子束速度和装载时刻对装载效率的影响,给出了被囚禁的冷分子的温度。讨论了所提方案在芯片表面囚禁,尤其是在静电晶格方面的潜在应用。结果表明,装载效率可以达到47.4%,阱中冷分子的温度为25.4mK。