激光冷却和囚禁原子技术的发展对原子物理产生了革命性的影响,推动了一系列研究的巨大进步,在量子计算与模拟,量子精密测量等方面得到重要的应用。作为学科发展的自然扩展,将激光冷却与囚禁技术推广到分子一直是科学家的梦想。2012年科学家首次实现了分子的激光冷却,并在2014年实现磁光囚禁,标志着激光冷却和囚禁分子领域获得重大突破。从原子到首个分子激光冷却,科学家用了近40年时间。2012年以来,又经历了十来年间,有几十种分子被研究,但只有10余种分子实现了激光冷却,其中四种分子实现了囚禁。实现一种新分子的激光冷却和囚禁具有极大的挑战性。
正是看到激光冷却分子领域的前景和发展趋势,浙江大学物理学院颜波课题组从2015年开始开展激光冷却分子的实验研究工作。2016年,课题组首次详细计算并提出一种可测量EDM分子(BaF)激光冷却的可行性[PRA 94, 063415 (2016)]。经过多年探索和尝试,厘清了BaF分子中诸多相关性质,于2022年在国际上率先实现了BaF分子的激光冷却[PRA 105, 033307 (2022)],用实验证实了我们自己的学术提议,并填补了我国在激光冷却分子领域的一个空白。近期,课题组再接再厉,经过详尽且复杂的光谱测量和一系列技术升级改造,将分子减速到零附近。利用双频磁光阱技术,成功捕获BaF分子,数目在3000个左右,温度在3mK左右。这是国际上首次实现BaF分子的磁光阱,为激光冷却和囚禁分子家庭引入一个新成员。在国内,这是首个分子磁光阱,标志着我国激光冷却和囚禁分子的研究进入新的阶段。BaF分子作为一个重分子,在电子永久电偶极矩(EDM)测量方面具有重要的优势,这一工作为基于冷分子的EDM测量打下坚实机场,将大大推进冷分子精密测量的研究工作。
磁光囚禁的分子团。当激光偏振和磁场方向配对成功,分子信号出现。其中一个反向,分子信号消失。
论文发表在物理学顶尖杂志Phys. Rev. Lett. 上【Zixuan Zeng, Shuhua Deng, Shoukang Yang, and Bo Yan, Three-Dimensional Magneto-Optical Trapping of Barium Monofluoride. Phys. Rev. Lett. 133, 143404 (2024)】。浙江大学物理学院博士生曾梓轩是第一作者,颜波研究员是通讯作者。研究受到科技部重点研发计划,国家自然科学基金,浙江省杰出青年基金等支持。