葉軍，美國科學院院士，中國科學院外籍院士，本科畢業於上海交通大學，現任美國國家標準局高級研究員，科羅拉多大學教授。葉軍院士主要從事超冷原子-分子、精密測量、多體量子物理、雷射技術等領域研究。近日，Nature、Science接連刊發葉軍院士研究成果，接下來本文對葉軍院士這兩篇文章進行介紹。
通訊作者：Giacomo Valtolina & Jun Ye通訊單位：JILA, National Institute of Standards and Technology, Boulder, CO, USA & Department of Physics, University of Colorado, Boulder, CO, USADOI：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2980-7
複雜的
分子內部結構是把雙刃劍：它是開發
可調諧和可編程量子設備的關鍵資源，但它也造成了碰撞過程中強烈的
非彈性損失。
分子的控制是研究量子相的關鍵，在量子相中，可以使用其
豐富的自由度來編碼信息，並且可以
精確地調節其強相互作用。然而，分子碰撞中的
非彈性損失極大地阻礙了低熵分子系統的工程設計。到目前為止，僅通過兩個高度簡併的原子氣的結合創建了唯一的分子量子簡併氣。但目前還
尚未實現對分子間彈性碰撞的完全控制，
這使得創造低熵的分子氣聚集體十分艱難，而這些氣體是探索多體物理學和新興量子現象所必需的。1、作者設計並實驗證明使用
外電場及光學晶格限域可以用來創建自旋極化的鉀-銣（KRb）
反應性極性分子二維費米氣，並實現了
精確可調的彈性偶極相互作用在所有非彈性過程中
佔主導地位。
2、作者開發的這種使得極性分子的超冷氣體達到
量子簡併性的魯棒、通用策略使我們能夠對
分子進行蒸發冷卻，直至費米簡併。3、使用
強2D限域和強偶極相互作用，該方法還可使
玻色-愛因斯坦在玻色子分子氣中發生
凝結。
4、本文為探索人們長期以來一直預測的二維中極性分子的量子氣將允許進入
強相關的多體相等這些奇異物理現象
奠定了基礎。
1、基於前期研究，作者發現可以通過
特定的幾何形狀來實現對
偶極電勢的各向異性特性進行操縱，通過沿一維
光學晶格生成的二維（2D）層的堆棧施加
外部電場，實現了
極性分子量子氣中高度可調的彈性相互作用。
2、在實驗室框架中感應出的
電偶極矩引起排斥性的偶極相互作用，從而使
分子氣保持穩定，以防止反應性碰撞和碰撞複合物的形成。
3、與接觸相互作用相比，
長距離相互作用為相同的超冷費米子分子提供了
較大的彈性碰撞截面。
4、作者結合前期在生產簡併極性分子費米氣方面的最新進展，利用真空電極的
精確電場控制，能夠對
極性分子2D費米氣的特性進行
系統的表徵。
1、KRb 2D費米氣是由
費米子40K和玻色子87Rb原子的
超冷原子混合物產生，該混合物被轉移到間距為
540 nm的垂直晶格（VL）中限制為
準2D幾何形狀。
2、作者創建了包含
N≈20,000個被困分子的2D氣，其中典型溫度T≈250 nK，
T/TF取決於VL層τ=1.5~3。
3、在電場作用下的化學反應性KRb分子
實現了無彈性的雙體損失，這導致平均分子密度n根據雙體速率方程隨時間t衰減。
4、在感應偶極矩d = 0.2 D的平場配置中，KRb分子可以
存活長達幾秒鐘。
1、當比值T/TF減小到小於1時，量子簡併性的開始可以通過
偏離經典膨脹能的信號來表示。
2、在量子簡併開始時，作者觀察到了
費米統計對分子氣熱力學的影響。
3、由於準2D對損耗的抑制，
d4依賴性的熱化速率Γth會大幅增加，用d = 0.1 D和0.21 D的熱化動力學進行比較發現
Γth的增加係數為 10。
4、證明了偶極相互作用
增強了幾個數量級，並且實現了
超過100的彈性與非彈性碰撞比率。
1、研究發現
蒸發冷卻效率取決於從捕集阱中
選擇性去除最熱分子，並使剩餘分子重新加熱至較低溫度的能力。
2、捕集阱中分子之間的直接熱化產生有效的偶極蒸發冷卻，導致
相空間密度的快速增加，這種有利的相互作用機制使分子
直接熱化，並實現了有效的蒸發冷卻，使得
分子溫度T降低到了費米溫度TF以下。
3、當分子冷卻至T <TF時，觀察到了
費米簡併的發生，這是由於泡利排斥原理的作用不斷增強，
偏離了經典的熱力學。
4、結果證明了在偶極分子氣中
實現量子簡併的通用策略，其中強的、長距離的和各向異性的偶極相互作用可以
驅動產生如層間配對和p波超流體等
奇異的物理多體相。https://www.nature.com/articles/s41586-020-2980-7
▲第一作者：Kyle Matsuda
通訊作者：Kyle Matsuda & Jun Ye
通訊單位：JILA, National Institute of Standards and Technology, and Department of Physics, University of Colorado, USA.
DOI：10.1126/science.abe7370
控制化學反應和碰撞一直是冷和
超冷分子研究的重點。冷卻和俘獲分子的進展導致了該領域包括
散射共振的精確表徵、原子-分子和分子-分子
冷碰撞的觀察以及
新化學物種的合成等激動人心的進展。特別地，對其內部和外部
自由度均受控制的
超冷極性分子提供了獨特的機會，
完全控制分子相互作用包括反應性損失，將為量子科學開闢新的領域。在超低溫下，對遠距離分子間
電勢的微小擾動儘管相對於化學鍵合能級而言可以忽略不計，但可以大大
超過碰撞分子的動能，從而在近距離內
強烈改變化學反應的速率。這種敏感性與極性分子的
豐富結構及其在
外部電磁場作用下的
可調諧性相結合，誘導了
精確控制反應的令人興奮的
可能性。除了提供有關
基本化學過程的見解之外，這種控制還有助於產生
量子簡併的分子氣，並可以促進這些系統中的
精確測量或
多體物理學的研究。由於
反應性碰撞限制了超冷分子團簇的壽命，在
超低溫下控制化學反應性一直是人們追求的長期目標。1、作者提出了一種使用
外電場控制反應無功損耗的方法，通過外部電場誘導
共振偶極相互作用，證明了
超冷化學反應速率的
極端可調性。
2、利用
大電場觸發準2D幾何結構中捕獲的K-Rb分子之間的
共振偶極相互作用，實現了
偶極介導的共振附近的
反應性損失率的抑制比背景值
低了一個數量級，在大電場中實現了
長壽命的極性分子。
3、屏蔽層可用於
提高蒸發冷卻產生
彈性碰撞和
反應碰撞的有利
比率，這將
簡化未來除K-Rb以外的化合物產生
量子簡併分子氣的工作。
4、本文提出的屏蔽機制具有
通用性，且有望在
3D幾何結構中適用，為探索多種美妙的
多體物理現象和
量子信息相關應用開啟了
新的大門。
1、作者合成了處於| N, mN> = | 1,0>狀態的
超冷費米子40K87Rb分子，其中N是旋轉角動量，mN是其在E軸上的投影。
2、作者通過實驗證明了
電場對分子碰撞的顯著影響即
屏蔽機制：超冷分子氣中的
化學反應速率在
場強特定值| E |附近
急劇變化了
三個數量級。
3、這些值出現在較高的
旋轉激發態隨初始碰撞通道退化的地方，引起
共振偶極相互作用，從而
深刻改變了遠距離
電勢，
最終改變了化學
反應速率。
4、雖然反應損失也可導致共振增強，但最重要的影響是選擇
適當的| E |可實現反應
損失的實質性抑制。
1、在準2D幾何中，作者從
三個主要角動量投影中準確地確定了
分子碰撞的貢獻。利用這種共振特徵，可以保護
分子免受損失。
2、作者合成的
受激旋轉態K-Rb分子在整個共振過程中將電場強度調整了幾個百分點，觀察到對
化學反應速率實現了
三個數量級幅度的調製。
3、研究發現通過
調整| E | 可在
偶極-耦合態對之間產生
簡併性，從而導致
共振能量轉移。
圖3.屏蔽效果的3D表徵
1、作者在控制了參與碰撞的角動量通道後，繼續探索了|1,0>
反應速率對E的依賴性。
2、對mL = 0和mL =±1碰撞通道的研究強烈表明，該屏蔽機制在
3D幾何形狀中
仍然有效，而無需使用光學晶格來保護分子。這些結果在
強電場中提供了
極性分子的
長壽命量子氣。
3、實驗分析發現，
排斥性側面碰撞（mL =±1）或有
吸引力的頭尾碰撞（mL = 0）的
半經典效應改變了損失率。4、當共振偶極效應不重要時除了共振，這種
半經典效應的普遍性質僅
取決於碰撞距離| d |值，而不是分子的旋轉狀態。
1、在| E1 |和| E2 |附近的區域，| 0, 0> | 2, ±1>和| 0, 0> | 2, 0>的
共振非對角偶極-耦合成為
主要貢獻，而不是對角偶極相互作用。
2、為了突出在
小變化| E |下雙體化學反應速率係數β的巨大變化，作者在| E2 |附近顯示了
兩條分子損失曲線。
3、當| E | = 12.50 kV / cm時，
損耗率大大提高，分子在
100毫秒內丟失。
相反在| E | = 12.67 kV / cm處，分子保持
不受損失，且在
保持20 s後仍能檢測到約
20％的初始密度，從而在
大電場中實現了長壽命的極性分子氣。https://science.sciencemag.org/content/370/6522/1324
葉軍（Jun Ye）葉軍，物理學家，1989年畢業於上海交通大學，1997年獲美國科羅拉多大學博士學位。現任美國國家標準局高級研究員，科羅拉多大學教授，2011年當選美國科學院院士。2017年當選為中國科學院外籍院士。
葉軍院士主要從事超冷原子-分子、精密測量、多體量子物理、雷射技術等領域研究。主要成就如下：1.基於在超冷原子、相位穩定雷射等領域的突破，發展了世界上最精確的原子鐘，做出了許多世界首創的研究工作。2. 實現極性分子量子氣體，開拓了超冷化學和量子化學基本問題的研究。3. 發展了光學頻率梳及其在光譜學中的應用，拓展了在遠紫外和中紅外光譜區域的頻率梳及其應用。
葉軍為中國物理學科的學術交流、人才培養和學科發展做出了重要貢獻。如2004年以來他堅持參加雷射科學研討會，並自2010年起與張杰成為該研討會共同主席，努力提升中國雷射科學的研究水平。他為我國培養了一批年輕學者，還對上海交通大學、華東師範大學、山西大學、中科院武漢數學物理研究所等的物理學科發展做出了重要貢獻。
課題組主頁：
https://jila.colorado.edu/yelabs
更多關於葉軍院士詳細介紹，請參見中科院官網介紹：
http://www.casad.cas.cn/sourcedb_ad_cas/zw2/ysxx/wjysmd/201711/t20171130_4625333.html