物理學家首次制造出單個多原子分子的光鑷陣列

哈佛大學的一個物理學家小組首次成功地用光學鑷子陣列捕獲了單個多原子分子。在發(fā)表于《自然》雜志的論文中，該研究小組介紹了他們是如何實現(xiàn)這一壯舉的，以及這一壯舉的可能用途。同一期的研究簡報也介紹了他們的工作。

將原子冷卻到極低溫度可以控制它們的能量狀態(tài)，這反過來又促進了幾種技術(shù)的發(fā)展，如原子鐘。物理學家懷疑，對分子進行同樣的控制也能獲得類似的結(jié)果，但由于涉及旋轉(zhuǎn)和振動等額外因素，要做到這一點已被證明是一項艱巨的挑戰(zhàn)。

只有兩個原子的分子取得了一些成功，但有更多原子的分子卻很麻煩。在這項新的研究中，研究小組找到了控制一種含有三個原子的分子CaOH的方法。

圖片:physicists-create-an-o (1).jpg

CaOH分子的光學鑷子陣列

為了控制單個分子，研究人員首先將幾個分子隔離在一個真空室中，冷凍到略低于100微開爾文，然后使用光學鑷子（激光）陣列將它們分開，這樣研究小組就可以將精力集中在單個分子上。這樣，他們就能操縱分子進入量子基態(tài)。

一旦實現(xiàn)了這一目標，研究小組就設(shè)計出了一種對單個分子進行成像的方法，從而證明在不破壞他們正在研究的分子的情況下加載了特定的鑷子。要做到這一點，需要使用額外的激光器，不過研究小組發(fā)現(xiàn)，他們必須以特定的方式調(diào)整激光器，以減少激光束的相互作用與分子結(jié)構(gòu)之間的干擾。

隨后，研究人員迫使分子進入所需的量子態(tài)，從而控制了分子的振動、旋轉(zhuǎn)和核自旋。然后，他們再次對分子進行成像，以進一步了解操縱的結(jié)果。

研究小組認為，他們的技術(shù)可用于其他三原子分子，為多原子分子研究開辟了新途徑。

相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2024-05-physicists-optical-tweezer-array-individual.html

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07199-1