[论文解读] Formation of Ultracold Fermionic NaLi Feshbach Molecules

Myoung-Sun Heo, Tout T. Wang+6 more|DSpace@MIT (Massachusetts Institute of Technology)|May 23, 2012

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates参考文献 1被引用 8

一句话总结

本论文报告了通过在745 G处穿过窄而以闭道主导的Feshbach共振的磁场扫场，成功制备了超冷费米型²³Na⁶Li Feshbach分子。尽管由于相空间重叠极小，Landau-Zener理论预测的转换效率很低，但仍实现了5%的分子转换分数（对应5×10⁴个分子），并测得去除自由原子后的分子寿命为1.3 ms，为该最小异核碱金属分子体系中偶极和多体物理的未来研究提供了可能。

ABSTRACT

We describe the formation of fermionic NaLi Feshbach molecules from an ultracold mixture of bosonic 23Na and fermionic 6Li. Precise magnetic field sweeps across a narrow Feshbach resonance at 745 G result in a molecule conversion fraction of 5% for our experimental densities and temperatures, corresponding to a molecule number of 5*10^4. The observed molecular decay ifetime is 1.3 ms after removing free Li and Na atoms from the trap.

研究动机与目标

• 展示在具有独特偶极和反应性质的系统中，形成超冷费米型²³Na⁶Li异核分子。
• 克服在极窄、以闭道主导的Feshbach共振（能量宽度E₀/h ≈ 5 Hz）下形成分子的挑战。
• 在简并混合物中，尽管²³Na（玻色子）与⁶Li（费米子）的相空间重叠有限，仍实现可观测的分子产额。
• 表征分子寿命及衰变机制，特别是与残留自由原子的非弹性碰撞。
• 为未来在最小异核碱金属分子体系中研究长程偶极相互作用及振转态制备奠定基础。

提出的方法

• 利用交叉光束光学偶极阱共捕获超冷²³Na（玻色子）与⁶Li（费米子）原子，达到量子简并态。
• 在745 G处精确执行磁场扫场，穿过窄Feshbach共振，通过Landau-Zener跃迁诱导分子形成。
• 采用磁场梯度分离技术将分子与自由原子在空间上分离，并通过吸收成像确认。
• 通过改变解离前的保持时间并成像剩余原子分数，测量分子寿命。
• 计算Landau-Zener参数δ ≈ 0.13，以估计理论转换效率，并与实测的5%转换效率进行比较。
• 采用双曲正切拟合，从磁场扫场过程中的原子损失数据确定共振位置。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管Feshbach共振极窄且以闭道主导，是否仍能形成超冷费米型²³Na⁶Li分子？
• RQ2 在相空间重叠有限的玻色-费米混合物中，可实现的分子转换分数是多少？
• RQ3 残留自由原子的存在如何影响被捕获的NaLi分子的寿命？
• RQ4 在自由原子存在下，NaLi分子的主要双体损失机制是什么？
• RQ5 观测到的1.3 ms分子寿命是否足以支持未来Raman侧带冷却及振转基态的制备？

主要发现

• 尽管由于相空间重叠差，理论Landau-Zener预测转换效率为56%，实际仍实现了5%的分子转换分数（对应5×10⁴个NaLi分子）。
• 在去除自由Na和Li原子后，测得分子寿命为1.3 ms，表明光子散射导致的损失可忽略。
• 当保留自由原子时，寿命降至270 μs；当仅保留Li原子时，寿命为550 μs，表明Na和Li对非弹性碰撞的贡献相当。
• 估算双体损失速率常数为β_NaLi+Na ≈ 1×10⁻¹⁰ cm³/s 和 β_NaLi+Li ≈ 4×10⁻¹⁰ cm³/s，与非弹性碰撞为主要衰变通道一致。
• 窄共振（E₀/h ≈ 5 Hz）与较小的范德瓦尔斯C₆系数导致预测的反应碰撞速率极低（~10⁻¹³ cm³/s），即使无偶极抑制，也支持长寿命。
• 观测到的分子特性，包括低反应性与长寿命，使²³Na⁶Li成为研究偶极多体物理及具有长程各向异性相互作用的量子模拟的有力候选体系。