巨型里德堡分子的理论与实验研究

发布时间：2021-08-19 21:39

　　里德堡分子是组成分子的一个或多个电子处于里德堡态的分子,除了具有里德堡原子的尺寸大、寿命长和极化率大等优良特性外,还具有丰富的振动能级和奇异的绝热势能曲线,比里德堡原子更容易受外场操控,在微弱信号检测,真空波动研究,超冷碰撞淬灭,量子气体的相关性测量中具有潜在的应用价值。按形成机理不同里德堡分子分为里德堡-基态分子和巨型里德堡分子。里德堡-基态分子,又称长程里德堡分子,是由一个里德堡电子与一个或者多个基态原子低能电子散射形成,分子半径≤2n²与里德堡原子的大小相当且具有较大的永久电偶极矩。巨型里德堡分子是由里德堡原子间长程电多极矩相互作用形成的势阱束缚而成,分子半径≥4n²,大小达?m量级。本文主要以铯（nD_J）₂巨型里德堡分子为研究对象:理论上建立了里德堡原子对电多极相互作用的理论模型,数值计算了巨型里德堡分子的势能曲线,获得束缚能、束缚键长、振动能级等参数,为实验制备巨型里德堡分子提供了理论基础;实验上在光缔合制备基态分子的基础上,首次提出了双色双共振光缔合制备超冷里德堡分子的实验方案,并成功观... 

【文章来源】：山西大学山西省

【文章页数】：116 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

Cs里德堡原子35S1/2(黑色实线)和37S1/2(红色虚线)态径向波函数

巨型里德堡分子的理论与实验研究6子间长程电多极矩相互作用束缚而成，分子半径约为里德堡原子的两倍，也称巨型里德堡二聚体或巨型里德堡分子。1.2.1里德堡分子特性里德堡分子是鉴于微观和宏观之间的一种介观粒子，组成分子中有一个或几个原子处于里德堡态。目前根据形成机理的不同将里德堡分子分为巨型里德堡分子和里德堡-基态分子，其中巨型里德堡分子是里德堡原子对间电多极相互作用形成，如图1.2(b)，巨型里德堡分子束缚键长约为n*2.5，大于LeRoy半径(~4n2)，一般分子大小超过1μm。巨型里德堡分子束缚阱深约为n*-3.5，随主量子数n的增大阱深减校分子束缚势阱决定其分子具有丰富振动能级且能级间隔较小，如图1.3所示。对于n~30，间隔小于10MHz，n~100，间隔小于100kHz。里德堡-基态分子是由里德堡电子与基态原子低能电子散射形成，其中由s-波散射占主导，考虑高角动量量子态影响，外层束缚势阱中电子波函数形状呈“三叶虫图1.2超冷里德堡-基态分子(a)和巨型里德堡分子(b)的电子密度和势能曲线[73]。图1.3(a)(56D5/2)2巨型里德堡分子势能曲线，(b)计算的分子振动能级和振动波函数[74]。

巨型里德堡分子的理论与实验研究8随后我们实验小组，在已有理论基础上，考虑里德堡原子对间高价电多极相互作用和相互作用基矢大小，计算巨型里德堡分子的绝热势能曲线，获得束缚势阱深，平衡核间距和振动能级。实验上利用双色双光子光缔合的实验方案，制备的(62DJ)2态巨型里德堡分子[72]。1.2.3里德堡-基态分子里德堡原子与基态原子碰撞相互作用，里德堡电子与其周围基态原子的低能电子散射可吸引基态原子并将其束缚在里德堡原子的周围，形成由里德堡原子和基态原子组成的长程里德堡-基态分子。理论上利用里德堡电子与基态原子低能电子散射的Fermi赝势模型，在考虑高阶波散射和自旋耦合影响，计算了里德堡-基态分子的图1.5超冷铯65D+67D里德堡原子对势能曲线和实验测得离子谱[71]。图1.6超冷铯离子谱，(a)没有种子44S1/2里德堡原子的43P3/2自电离离子信号，(b)有44S1/2种子里德堡原子的43P3/2脉冲场电离谱，(c)有44S1/2种子里德堡原子的43P3/2自电离与脉冲场电离谱的比值[66]。


本文编号：3352191