[论文解读] Condensed Matter Physics with Cold Polar Molecules

Guido Pupillo, A. Micheli+2 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2008

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 126被引用 14

一句话总结

本文提出利用外部电场和微波场控制超冷极性分子的偶极矩，从而精确设计多体哈密顿量。通过调节分子间相互作用，该方法促进了强关联体系中新型量子物态的实现，为模拟奇异量子物质提供了一个多功能平台。

ABSTRACT

In this review chapter we focus on the many-body dynamics of cold polar molecules in the strongly interacting regime. In particular, we discuss a toolbox for engineering many-body Hamiltonians based on the manipulation of the electric dipole moments of the molecules, and thus of molecular interactions, using external static and microwave fields. This forms the basis for the realization of novel quantum phases in these systems.

研究动机与目标

• 开发一种工具箱，利用外部场在超冷极性分子中设计可调的多体哈密顿量。
• 解决在强相互作用量子体系中实现奇异量子物态的挑战。
• 通过静态场和微波场实现对分子偶极矩及相互作用的控制。
• 为在冷分子平台中模拟复杂量子现象提供一个框架。

提出的方法

• 利用外部静态电场定向并控制极性分子的偶极矩。
• 施加微波场以相干操控分子内部态并诱导偶极-偶极相互作用。
• 通过调节偶极-偶极相互作用的强度和各向异性，构建有效多体哈密顿量。
• 利用偶极-偶极相互作用的长程性和可调性，实现常规体系中无法达到的量子物态。
• 采用最先进的捕获与冷却技术，将分子制备在量子简并区域。
• 结合场调控与量子模拟协议，探索涌现的多体现象。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用外部场控制冷极性分子的偶极矩以调控其相互作用？
• RQ2 在超冷分子中，通过场调控的偶极-偶极相互作用可构建哪些类型的多体哈密顿量？
• RQ3 在场调控下，强相互作用偶极体系中会涌现出哪些新型量子物态？
• RQ4 静态场与微波场之间的相互作用如何实现对分子态和相互作用的相干操控？
• RQ5 在何种条件下可使这些体系中的奇异量子物态稳定存在？

主要发现

• 外部电场和微波场可实现对分子偶极矩及其相互作用的精确控制。
• 可调的偶极-偶极相互作用使得在超冷分子中可设计出多种多体哈密顿量。
• 该方法支持实现常规体系中偶极-偶极相互作用为各向同性或短程时无法达到的新型量子物态。
• 场调控提供了一个多功能平台，可用于模拟具有长程相互作用的强关联量子体系。
• 该方法可实现对分子态的相干操控，促进对复杂多体现象的量子模拟。
• 该框架为探索超冷分子气体中如偶极晶体、超固态和拓扑态等量子物态提供了可行路径。