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超冷物质

超冷物质

分子在激光栅格中排列

18 Sep 2013
冰冷的网络:被困在相交的激光束晶格中的超冷钾rub分子

美国的物理学家首次将超冷分子存储在光学晶格中。分子–它们可以远距离而非短距离地相互作用–研究人员说,它可以用来研究诸如量子磁性之类的现象。

当系统冷却到非常接近绝对零的温度时,其组成部分的基本行为就不那么容易出现了,有可能研究它们的纯量子力学相互作用。大约三十年来,物理学家研究了 超冷原子 为此原因。但是,自然界中的许多材料都是基于分子,而不是原子,因此物理学家一直热衷于研究 超冷分子 太。

不幸的是,冷却分子并不简单。与原子不同,分子具有多种内部移动方式–例如振动和旋转–这很容易阻碍冷却过程。例如,激光通常用于冷却原子:原子将激光中的光子散射,从而损失能量。但是用一个分子试试看,该分子可能会滑入内部能量状态,即“dark”到激光,这意味着它不能散射光子– 和 cool – anymore.

电磁调谐

直接冷却分子的另一种方法是先冷却原子气体,然后鼓励这些原子键合成分子。这是2008年的路线 黛博拉·金(Deborah Jin)叶俊 科罗拉多大学博尔德分校的同事和他的同事从冷的钾和id原子开始。研究人员使用磁场仔细地将原子调整为某种状态,以使原子在相互碰撞时会形成分子。结果是钾气–molecules分子的温度仅为几百纳开尔文,密度为每立方厘米一万亿个分子。

现在,金烨和同事在 吉拉 –科罗拉多大学博尔德分校和美国国家标准与技术研究院(NIST)的联合研究所–通过捕获超冷钾而进一步前进了一步–光学晶格中的molecules分子。光学晶格由重叠的激光束制成,形成一个势阱的网格,原子或分子可以安放在其中。通过将它们的分子捕获在光学晶格中,研究人员允许分子的动力学由内部运动而不是左右移动来控制。

Coupling 旋转s

由于它们具有旋转能力和极性,分子可以–类似于电子– have two different “spin” states: up 和 down. By applying a microwave field to the optical lattice, the team could couple the 旋转s of two distant (not neighbouring) molecules, so that a flip of one of the molecules caused the flip of another. Such long-range 旋转 interactions underly quantum magnetism, which is responsible for the magnetism of everyday materials such as iron 和 may also play a role in superfluidity 和 high-temperature superconductivity.

物理学家 伊曼纽尔·布洛赫(Immanuel Bloch) 德国Garching的Max-Planck量子光学研究所的研究人员说,结果是“very nice”并赞扬研究人员已经证明超冷分子可以在很长的范围内相互作用。“This is a very promising new route for realizing 旋转-models in ultracold quantum gases,” he adds.

理论家 罗曼·克雷姆斯 加拿大温哥华不列颠哥伦比亚大学的研究人员称该开发是一项突破。“这项实验为设计凝聚态模型的量子模拟器铺平了道路,” he says.

该研究今天在线发表于 性质.

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