[论文解读] Loss of ultracold RbCs molecules via optical excitation of long-lived two-body collision complexes

Philip D. Gregory, Jacob A. Blackmore+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2020

Cold Atom Physics and Bose-Einstein Condensates被引用 20

一句话总结

本文識別出在光學陷阱中，超冷 87Rb133Cs 分子的主要損失機制為長壽命雙體碰撞複合物的光激發。透過使用方波強度調製，使分子在 75% 的時間處於黑暗狀態，作者測得複合物在黑暗中的壽命為 0.53 ± 0.06 ms，並在 1550 nm 波長下確定歸一化強度的激發速率為 3⁺⁴₋₂ × 10³ W⁻¹cm²s⁻¹，證實在典型陷阱條件下光致損失占主導地位。

ABSTRACT

We show that the lifetime of ultracold ground-state $^{87}$Rb$^{133}$Cs molecules in an optical trap is limited by fast optical excitation of long-lived two-body collision complexes. We partially suppress this loss mechanism by applying square-wave modulation to the trap intensity, such that the molecules spend 75% of each modulation cycle in the dark. By varying the modulation frequency, we show that the lifetime of the collision complex is $0.53\pm0.06$ ms in the dark. We find that the rate of optical excitation of the collision complex is $3^{+4}_{-2} imes10^{3}$ W$^{-1}$ cm$^2$ s$^{-1}$ for $λ= 1550$ nm, leading to a lifetime of <100 ns for typical trap intensities. These results explain the two-body loss observed in experiments on nonreactive bialkali molecules.

研究动机与目标

• 識別超冷 87Rb133Cs 分子在光學晶格中被俘獲時的主導損失機制。
• 測試假設：長壽命碰撞複合物因陷阱光的光激發而被破壞。
• 測量碰撞複合物在黑暗中的壽命並量化光激發速率。
• 透過光學陷阱強度調製，展示雙體損失的抑制。
• 驗證理論預測：在非反應性雙鹼金屬分子中，光激發複合物主導損失。

提出的方法

• 應用光學陷阱的方波強度調製，使分子在每個週期中 75% 的時間處於黑暗，以抑制碰撞複合物的光激發。
• 改變調製頻率，透過分子損失衰減速率測量碰撞複合物在黑暗中的壽命。
• 透過在調製期間有無連續波（CW）光的情況下比較被捕獲的分子數量，測量損失速率的強度依賴性。
• 利用方程 N_mod+CW / N_mod = 1 + k_l * I * τ_c 對強度依賴性數據進行擬合，得出歸一化強度的激發速率 k_l。
• 透過將測得的複合物壽命與激發速率與基於態密度與電子結構的理論預測進行比較，對理論模型進行校準。
• 該方法可控制且實驗可及地探測複合物壽命與激發動力學。

实验结果

研究问题

• RQ1 儘管具有非反應性，超冷 87Rb133Cs 分子在光學陷阱中的主導損失機制是什麼？
• RQ2 碰撞複合物在黑暗中的壽命有多長？其與陷阱強度的依賴關係為何？
• RQ3 在 1550 nm 波長下，碰撞複合物的歸一化強度光激發速率為何？
• RQ4 能否透過調製陷阱強度以產生黑暗時段來抑制損失速率？
• RQ5 測得的激發速率是否證實光致過程在非反應性分子系統中主導於三體碰撞？

主要发现

• 87Rb133Cs 碰撞複合物在黑暗中的壽命測量值為 0.53 ± 0.06 ms。
• 在 1550 nm 波長下，複合物的歸一化強度光激發速率為 3⁺⁴₋₂ × 10³ W⁻¹cm²s⁻¹。
• 在典型光學陷阱強度下，激發速率極高，導致激發態壽命小於 100 ns。
• 所觀察到的損失與理論預測一致：在非反應性雙鹼金屬分子中，複合物的光激發主導損失，而非三體碰撞過程。
• 強度調製透過允許複合物在黑暗時段自由衰變，有效抑制損失，從而確認機制。
• 結果驗證了 Christianen 等人（2019b）提出的機制，並為超冷分子碰撞的理論模型提供了基準。