科學家實現單個超冷分子的相干合成

本報訊（記者袁一雪）中科院精密測量研究院研究員詹明生、副研究員何曉東團隊在實驗室中利用微波將光阱中一對超冷異核原子相干合成單個超冷分子，在國際上首次實現單個分子的相干合成。研究工作由該研究團隊聯合奧地利維也納工業大學、北京計算科學研究中心、清華大學、上海交通大學、法國巴黎薩克雷大學等機構的研究人員共同完成，相關成果日前發表於《科學》。

操控原子—分子體系的所有自由度，一直以來是量子體系調控的追求。通向單分子操控的有效途徑之一是基於光阱中完全操控單原子的能力，進而從少體原子合成單分子。此前雖有來自美國哈佛大學的研究組演示了在光阱中利用光締合技術將一對異核原子合成單個雙原子分子，但由於受限於光締合過程中伴隨的自發輻射引起的強退相干效應，無法實現單個分子的相干合成。

為了克服合成單分子過程中的退相干問題，研究團隊另闢蹊徑，首創了一種單分子的相干合成方法，即原子自旋與相對運動波函數耦合（SMC）的新機制。

首先，他們選用微波而非雷射合成分子，相比後者，微波不對原子產生自發輻射等退相干效應；其次，在SMC機制支配下，光阱中原子之間的相對運動波函數偏離分子相互作用勢的中心，從而導致與弱束縛態波函數之間的重疊積分得到增強，也就是原子—分子間的微波躍遷概率得到增強，最終實現了處於囚禁勢基態的單個分子的相干合成。同時他們通過人為調整微波強度，實現了光阱中雙原子與單個分子之間長壽命的拉比振蕩，即實現了兩原子量子體系中原子態與分子態的可控相干疊加。