[论文解读] 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 5

一句话总结

该论文展示了通过合并两个光学镊子（每个镊子中各含一个处于运动基态的Rb或Cs原子），形成一个单个超冷RbCs分子。作者采用一种称为“mergoassociation”的过程，在临界镊子间距下，通过原子态与分子态之间的 avoided crossing 实现分子形成，其形成效率可通过阱约束调节，并通过光学和微波光谱测量结合能得以证实。

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.

研究动机与目标

• 展示通过合并含有单个原子的两个光学镊子，形成单个超冷RbCs分子。
• 探索在空间分离的阱中利用阱诱导的形状共振形成分子的新途径。
• 通过测量结合能的光谱方法表征分子形成过程。
• 将mergoassociation的效率与传统的磁性关联方法进行比较。
• 在低磁场下实现分子形成，无需磁场斜坡，从而适用于缺乏Feshbach共振的体系。

提出的方法

• 将两个单原子（87Rb 和 133Cs）制备在超精细态（f=1, m=1）和（f=3, m=3）中，置于空间分离的光学镊子内。
• 通过受控的间距∆z合并镊子，诱导原子态与分子态之间的 avoided crossing。
• 使用耦合通道计算模拟 avoided crossing，并预测形成概率随阱约束和∆z的变化。
• 通过光学光谱测量所形成分子的结合能，确定其量子态。
• 利用微波光谱探测原子与分子超精细态之间的跃迁，以检测分子形成。
• 通过测量微波脉冲后Rb和Cs原子的存活概率，量化形成效率。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否通过合并含有单个原子的两个光学镊子（原子处于其运动基态），实现超冷分子的形成？
• RQ2 分子形成概率如何随合并过程中的阱约束强度和镊子间距变化？
• RQ3 能否通过 avoided crossing 的耦合通道计算理解并预测该形成过程？
• RQ4 mergoassociation的效率是否足以与磁性关联方法竞争？
• RQ5 能否在低磁场下实现分子形成，且无需磁场斜坡？

主要发现

• 观测到分子形成，测得结合能为110±2 kHz×h，与近阈值RbCs分子的理论预测一致。
• 通过调节合并过程中的阱约束，可调控分子形成概率，更强的阱约束可提高形成效率。
• 通过mergoassociation测得的形成效率与磁性关联方法实现的效率相当。
• 微波光谱通过在分子跃迁频率处观测到Rb和Cs原子的关联损失，证实了分子形成。
• 该过程在低磁场（4.78 G）下具有鲁棒性，无需磁场斜坡，适用于缺乏Feshbach共振的体系。
• 识别出合并过程中的加热主要源于AOD系统中的参数调制，是导致运动激发的次要来源，对基态布居数影响极小。