[論文レビュー] Formation of ultracold molecules by merging optical tweezers

Daniel K. Ruttley|arXiv (Cornell University)|Feb 14, 2023

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、それぞれに1個のRbまたはCs原子がモーリング基底状態に閉じ込められた2つの光学トランプを併合することで、1つの超低温RbCs分子が形成されることを示している。『mergoassociation』と呼ばれるプロセスにより、臨界的なトランプ間隔における原子状態と分子状態の避けられたクロスイングを介して分子形成が達成され、トラップの閉じ込め強度を調整することで形成効率をチューニング可能であり、光学およびマイクロ波分光法による結合エネルギー測定で裏付けられている。

ABSTRACT

We demonstrate the formation of a single RbCs molecule during the merging of two optical tweezers, one containing a single Rb atom and the other a single Cs atom. Both atoms are initially predominantly in the motional ground states of their respective tweezers. We confirm molecule formation and establish the state of the molecule formed by measuring its binding energy. We find that the probability of molecule formation can be controlled by tuning the confinement of the traps during the merging process, in good agreement with coupled-channel calculations. We show that the conversion efficiency from atoms to molecules using this technique is comparable to magnetoassociation.

研究の動機と目的

• 2つの光学トランプにそれぞれ1個の原子が閉じ込められた状態で、1つの超低温RbCs分子の形成を実証すること。
• 空間的に分離されたトラップにおけるトラップ誘導型形状共鳴を用いた、分子形成の新たな経路の探求。
• 結合エネルギーの分光的測定を通じて、分子形成プロセスの特徴付け。
• mergoassociationと従来の磁気共鳴法（magnetoassociation）の効率を比較すること。
• Feshbach共鳴が存在しない系でも利用可能な、磁場ラムプなしで低磁場で分子形成を実現すること。

提案手法

• 87Rbと133Csの1個の原子が、それぞれ超微細状態（f=1, m=1）および（f=3, m=3）に、空間的に分離された光学トランプに準備される。
• トランプを制御された間隔∆zで併合することで、原子状態と分子状態の避けられたクロスイングを誘発する。
• カップルドチャネル計算を用いて避けられたクロスイングをモデル化し、トラップの閉じ込め強度および∆zの関数としての形成確率を予測する。
• 光学分光法により、形成された分子の結合エネルギーを測定し、その量子状態を同定する。
• マイクロ波分光法を用いて、原子状態と分子状態の超微細状態間の遷移をプローブすることで、分子形成を検出する。
• マイクロ波パルス後のRbおよびCs原子の生存確率を測定することで、形成効率を定量的に評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 モーリング基底状態に閉じ込められた1個の原子を含む2つの光学トランプを併合することで、超低温分子を形成できるか？
• RQ2 併合過程におけるトラップの閉じ込め強度およびトランプ間隔が、分子形成確率にどのように影響するか？
• RQ3 避けられたクロスイングのカップルドチャネル計算を用いることで、形成プロセスを理解・予測できるか？
• RQ4 mergoassociationは、分子形成において磁気共鳴法と同等の効率を示せるか？
• RQ5 磁場ラムプなしで低磁場（4.78 G）でも分子形成が達成可能か？

主な発見

• 測定された結合エネルギーは110±2 kHz×hであり、近閾値のRbCs分子に対する理論予測と整合的である。
• 併合過程におけるトラップの閉じ込め強度を調整することで、分子形成確率がチューニング可能であり、高い閉じ込め強度が形成効率の向上に寄与する。
• mergoassociationによる測定された形成効率は、磁気共鳴法で達成されたものと同等の水準である。
• マイクロ波分光法により、分子遷移周波数でRbおよびCs原子の相関した消失が観測され、分子形成が確認された。
• 低磁場（4.78 G）でもプロセスが安定しており、磁場ラムプの必要がないため、Feshbach共鳴が存在しない系への応用が可能である。
• AODシステムにおけるパラメトリックモード変調に起因する加熱が、モード励起のわずかな要因であることが特定され、基底状態の分布にほとんど影響を及ぼさない。