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中科院精密測(cè)量研究院研究員詹明生、副研究員何曉東團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中利用微波將光阱中一對(duì)超冷異核原子相干合成單個(gè)超冷分子,在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)單個(gè)分子的相干合成。研究工作由該研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合奧地利維也納工業(yè)大學(xué)、北京計(jì)算科學(xué)研究中心、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、法國(guó)巴黎薩克雷大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員共同完成,相關(guān)成果日前發(fā)表于《科學(xué)》。
操控原子—分子體系的所有自由度,一直以來(lái)是量子體系調(diào)控的追求。通向單分子操控的有效途徑之一是基于光阱中完全操控單原子的能力,進(jìn)而從少體原子合成單分子。此前雖有來(lái)自美國(guó)哈佛大學(xué)的研究組演示了在光阱中利用光締合技術(shù)將一對(duì)異核原子合成單個(gè)雙原子分子,但由于受限于光締合過(guò)程中伴隨的自發(fā)輻射引起的強(qiáng)退相干效應(yīng),無(wú)法實(shí)現(xiàn)單個(gè)分子的相干合成。
為了克服合成單分子過(guò)程中的退相干問(wèn)題,研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑,首創(chuàng)了一種單分子的相干合成方法,即原子自旋與相對(duì)運(yùn)動(dòng)波函數(shù)耦合(SMC)的新機(jī)制。
首先,他們選用微波而非激光合成分子,相比后者,微波不對(duì)原子產(chǎn)生自發(fā)輻射等退相干效應(yīng);其次,在SMC機(jī)制支配下,光阱中原子之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)波函數(shù)偏離分子相互作用勢(shì)的中心,從而導(dǎo)致與弱束縛態(tài)波函數(shù)之間的重疊積分得到增強(qiáng),也就是原子—分子間的微波躍遷概率得到增強(qiáng),最終實(shí)現(xiàn)了處于囚禁勢(shì)基態(tài)的單個(gè)分子的相干合成。同時(shí)他們通過(guò)人為調(diào)整微波強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)了光阱中雙原子與單個(gè)分子之間長(zhǎng)壽命的拉比振蕩,即實(shí)現(xiàn)了兩原子量子體系中原子態(tài)與分子態(tài)的可控相干疊加。
