磁缔合制备超冷三原子分子系综示意图。中国科大供图
中国科学技术大学（以下简称中国科大）教授潘建伟、赵博等，利用相干合成方法在国际上首次制备了高相空间密度的超冷三原子分子系综。研究人员在基态双原子分子和原子Feshbach共振附近利用磁缔合技术，从简并的钠钾分子-钾原子混合气中制备了超冷三原子分子系综，向基于超冷分子的超冷量子化学和量子模拟研究迈出了重要一步。该研究成果近日发表于《科学》。
随着冷原子技术的发展，从超冷原子出发相干合成超冷分子为制备超冷分子系综提供了一条全新途径。
中国科大研究团队在2019年观测到超低温下钠钾分子和钾原子间的Feshbach共振。在此基础上，中国科大、中国科学院化学研究所联合研究组在2022年初采用射频合成技术，在钠钾基态分子和钾原子的Feshbach共振附近，实现了超冷三原子分子的射频合成。
研究团队从量子简并的钠钾分子和钾原子混合气出发，在钠钾分子和钾原子的Feshbach共振附近，通过缓慢扫描磁场，将钠钾分子-钾原子散射态绝热地转移到三原子分子束缚态，从而首次成功利用磁缔合技术相干地制备了高相空间密度的超冷三原子分子系综。研究团队利用射频解离技术将三原子分子解离成自由的钠钾分子和原子，获得了三原子分子的解离谱，从而实现了三原子分子的直接探测。
实验结果显示，所获得的三原子分子气的相空间密度比其他方法提高了约10个量级。超冷三原子分子系综的制备为模拟量子力学下三体问题铺平了道路，所获得的高相空间密度也使得制备三原子分子的玻色-爱因斯坦凝聚成为可能。
审稿人一致认为，这一工作是超冷分子研究领域的一个里程碑，为超冷量子化学和量子模拟研究开辟了新方向。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.ade6307