ND3分子的静电Stark减速文献综述

文献综述

近三十年来冷原子技术飞速发展,取得了一系列重大成就,也使得相关领域发生了革命性的改变。然而分子具有更丰富的内态结构,更具广泛的应用价值,例如异核双原子分子具有永久电偶极矩,它可以产生长程可调谐的,各向异性的偶极相互作用,再结合超冷温度下对分子自由度的精确操控,使得冷分子成为量子模拟和量子计算的理想载体;超冷分子气体也为化学反应动力学的研究提供了独特的环境,同时还可以用该系综来进行各种精密测量实验,探索超越标准模型的新物理等。然而由于分子的自由度十分复杂,冷原子技术无法简单有效地拓展到分子体系,于是科学家们发展了许多其它制备冷分子的方法,从绝热膨胀的超声分子束,到缓冲气体冷却的慢分子束;从静电Stark(静磁Zeeman)减速器到最近的激光冷却与磁光囚禁技术,每一步的技术革新都如此困难又富有挑战性。

静电Stark减速是通过分子与交变电场的相互作用，使脉冲分子束在飞行过程中经过精确控制时序的开关电场，不断损失动能，以获得慢速冷分子。目前静电Stark减速可以制备温度低至10 mK的冷分子，这使得静电Stark减速可以作为二次冷却，如蒸发冷却等的前置冷却级，因此静电Stark减速成为了制备慢速冷分子的重要技术。

我们准备通过编写程序来模拟ND₃分子的静电Stark减速，研究各参数对减速的影响。为了捕获ND₃的减速分子，我们准备利用时变电场来减速极性分子的脉冲束。虽然分子通常在弱场搜寻态下得到, 但是在理论上，也可以在分子强场搜寻态下得到。在强场搜寻态得到分子是基于一个分子的电偶极矩与外部电场反向时，量子态中的分子将被吸引到低电场的区域。分子在这种所谓的“弱场搜寻”态, 将被从一个弱电场区域减速到一个强电场区域。此时分离电场, 使分子停留在高电场的区域, 他们将无法重新获得失去的动能。这个过程可以不断重复, 直到平均速度降低到一个任意低的值。通过电场的适当定时切换可以确保在整个减速过程中, 一串分子能够在前进方向 （“相位稳定”） 中保持在一起。由于强场搜寻态的分子总是对电极有作用力, 因此想要获得横向稳定性要困难得多。我们准备通过使用模拟在分子束轴上产生最小电场的几何电极来实现横向稳定性, 从而使光束持续聚焦。

通过编写程序的模拟，使ND₃超声束地从330m/s减速到24m/s，让波包在移动参考系的平动温度约36mK，得到分子波包与减速器各参数之间的对应数据，从而进一步研究它们的关系，包括每一级的动能损失与同步相位角phi;₀关系，减速波包末速度与相位角phi;₀和减速级数，以及相对减速效率与相角phi;₀关系。我们准备通过计算模拟数据并分析得到各参数对减速效果的具体影响。

参考文献：

[1] 侯顺永. ND₃分子静电Stark减速与表面操控的理论与实验研究[D]. 华东师范大学，2013．

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