分野

Nature volume 614、pages 59–63 (2023)この記事を引用

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67 オルトメトリック

メトリクスの詳細

散乱共鳴は、極低温の原子や分子の相互作用を制御するための重要なツールです。 しかし、従来のフェッシュバッハ散乱共鳴1は、さまざまなプラットフォーム1、2、3、4、5、6、7で広く研究されてきましたが、2つの分子が2つの分子に接近すると急速な損失が発生するため、ほとんどの超低温極性分子には存在しないと予想されています。近い距離8、9、10。 今回我々は、広範囲の極性分子に普遍的な新しいタイプの散乱共鳴を実証します。 いわゆる場結合共鳴11、12、13、14は、分子間ポテンシャルにおける安定した巨視的四量体状態のため、マイクロ波処理された分子の散乱で発生します。 私たちは、極低温の基底状態のナトリウム - カリウム分子間の 2 つの共鳴を特定し、マイクロ波の周波数と分極を使用して非弾性衝突率をユニタリ限界から普遍領域をはるかに下回る範囲まで 3 桁調整します。 場にリンクされた共鳴は、弾性接触相互作用と双極子間相互作用を独立して制御するための調整ノブを提供し、熱化速度の変化として観察されます。 私たちの結果は、極低温の極性分子間の共鳴散乱に関する一般的な戦略を提供し、これにより双極子超流体 15 や分子超固体 16 の実現、さらには極低温の多原子分子の組み立てへの道が開かれます。

調整可能な双極子モーメントを持つ超低温極性分子は、量子シミュレーション 17、18、量子計算 19、20、および極低温化学 21 のための強力なプラットフォームを提供します。 散乱共鳴は、これらの系で長年求められてきたツールであり、接触相互作用を制御し、強相関量子相を生成するための極低温原子実験 22 や、極低温二原子分子の生成に不可欠なものでした 1。 超低温分子における接触および長距離相互作用を独立して制御することにより、エキゾチックな自己結合液滴や超固体量子相などの新しい量子現象の実現が可能になると予測されています。 さらに、散乱共鳴の測定は、分子のポテンシャルエネルギー表面 3,21 の計算に正確なベンチマークを提供し、制御された量子化学に新しい道を切り開きます 5。

散乱共鳴は、散乱状態が準束縛状態と強く結合するときに発生します。 準束縛状態が散乱チャネルと同じチャネルによってホストされるか、または散乱チャネルと異なるチャネルによってホストされるかに基づいて、共鳴はそれぞれ形状共鳴またはフェシュバッハ共鳴として分類されます。 形状共鳴とフェシュバッハ共鳴は、ケルビンおよびサブケルビン温度で分子線を使用して衝突エネルギーを走査することにより、原子-分子および分子-分子の衝突で観察されています21、23、24、25、26。 超低温 (サブマイクロケルビン) 領域では、準束縛状態と散乱状態の間の相対エネルギーをシフトさせる外部電磁場によって散乱共鳴が引き起こされることがよくあります 1。 磁気的に調整可能なフェシュバッハ共鳴は、弱く結合したフェシュバッハ分子間の衝突で観察されており 2,4 、また最近ではスピン三重項基底状態にある NaLi 分子間の衝突でも観察されています 6。 しかし、フェシュバッハ共鳴に不可欠な磁気同調スキームにはゼロ以外の電子スピンが必要であるため、スピン一重項基底状態にあるバイアルカリ分子には適用できそうにありません。 バイアルカリ分子のスピン一重項絶対基底状態は、分子が強い電気双極子間相互作用 (DDI) を特徴とする唯一の長寿命状態であるため、特に興味深いものです。 さらに、衝突閾値近くの四量体状態の高密度と衝突複合体に関連する損失機構のため、ほぼ普遍的な損失の存在下では基底状態分子間でフェシュバッハ共鳴が起こるとは予想されない8、9、10。 したがって、極低温双極子分子の衝突共鳴を実現する一般的な方法は依然として未解決のままである。