近日，我院理論物理團隊與中南大學(xué)超快量子調(diào)控研究組合作研究了精準調(diào)控腔場內(nèi)單個三態(tài)分子取向問題。分別推導(dǎo)了基頻腔和倍頻腔與分子三個最低轉(zhuǎn)動態(tài)強耦合產(chǎn)生最大分子極化子取向的脈沖面積定理及其對應(yīng)的脈沖場最優(yōu)振幅和相位條件，相關(guān)成果以“Maximizing orientation of a three-state molecule in a cavity with analytically designed pulses”為題發(fā)表在國際著名物理學(xué)期刊《Physical Review A》（自然指數(shù)期刊）上，我院理論物理團隊樊麗寶博士為論文第一作者，中南大學(xué)超快量子調(diào)控研究組束傳存教授為論文通訊作者。
圖1：(a)復(fù)合脈沖驅(qū)動的分子極化子示意圖。(b)分子轉(zhuǎn)動能級和(c)腔場能級圖。(d)基頻腔與三能級單分子的最低兩個轉(zhuǎn)動態(tài)強耦合的本征能級圖。(e)倍頻腔與三能級單分子的最低兩個轉(zhuǎn)動激發(fā)態(tài)強耦合的本征能級圖。
在分子物理與量子光學(xué)的交叉領(lǐng)域，對分子極化子的精確操控一直是極具挑戰(zhàn)性的前沿課題。本研究從理論上探索了通過將單個分子最低三個轉(zhuǎn)動態(tài)與單模腔的強耦合來精確控制分子極化子。研究了兩種不同的腔共振結(jié)構(gòu)：與最低兩個轉(zhuǎn)動態(tài)共振的基頻腔和與第一和第二激發(fā)轉(zhuǎn)動態(tài)耦合的倍頻腔。基于這兩種極化子構(gòu)型提出了兩種控制方案，并解析推導(dǎo)出相應(yīng)的脈沖面積定理，以實現(xiàn)0.7746的理論最大取向，與沒有腔的裸分子相同。在基轉(zhuǎn)動態(tài)的羰基硫(OCS)分子中分析了這些控制方案。數(shù)值模擬結(jié)果證明了理論控制方案，并分析了分子極化子取向度對控制場帶寬和相位的敏感性。該研究成果為實現(xiàn)腔內(nèi)超冷分子的最大無場取向提供了極具價值的參考。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金等項目的資助。
文章鏈接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.111.033119
（ 圖文/郭裕 一審/丁開和 二審/劉斯 三審/張國強）
