冷极性分子静电操控的理论和实验研究

The main contents of the project are as follow:.(1).Theoretical research on a novel circular beam splitter for cold polar molecules, providing the theorectical argumentation for the following experimental work..In this scheme,the hexapole is bent into a circle ,some functions can be realized through adjusting the voltage applied on the ring electrode, such as loading and beam splitting.It can also work as a molecular interferometer.This scheme overcomes the shortcomings of some previous beam splitting schemes and increases the interaction time between the molecules and the electrostatic field as well as the interaction time between the molecules. This scheme lay a foundation for the following researchs such as cold collision、cold chemistry and precision measurement..(2).We will design the setup of scheme of the electrostatic trapping cold molecules on the chip, and carry out the experimental research.The scheme overcome the drawbacks of previous schemes of trapping molecules on a chip,such as the poor efficiency and inconvenience to manipulate.The loading efficiency can reach 88% which is demostrated by the classical Monte-Carlo simulations.With cold molecules trapped on the chip, we can study the adiabatic cooling、evaporative cooling、the lifetimes of the electronic or vibrational excited states、 influence on the trapping lifetime due to the interaction of cold molecules with the chip surface. Cold polar molecules trapped on a chip also hold promise for use in quantum computing.

本项目的主要研究内容：（1）开展一种新颖的冷极性分子环形分束器的理论研究,为接下来的相关实验工作提供理论论证。此方案是将一个六极杆弯曲成一个环，通过调节环上的电压来实现对冷极性分子的导引和分束等功能，也可以直接形成分子干涉仪。此方案克服了以前一些分束器方案的缺点，增加了分子和场，以及分子与分子的相互作用时间，为研究冷碰撞、冷化学、以及精密测量等打下基础。.(2)设计并研制冷极性分子静电表面囚禁的装置，开展实验研究。此方案克服了以往表面囚禁方案的装载效率低、不易操控等缺点，经典的蒙特卡洛模拟证实此方案效率高达88%。被囚禁在芯片表面的分子的用途也很广泛：研究绝热冷却、蒸发冷却、分子电子激发态或者振动激发态的寿命、冷分子与芯片相互作用对囚禁寿命的影响、以及量子计算等。

冷极性分子可以用于研究高分辨光谱、精密测量、冷碰撞和冷化学、量子计算等。因此“冷分子及其操控”有着非常重要的研究意义和应用价值。围绕着冷极性分子的静电操控，我们取得了如下研究成果：（1）利用三个载荷球形电极和一个偏置电场，实现了一个空间静电阱，其装载效率为82%，阱中冷分子温度为24.6 mK。（2）利用三个载荷球电极形成了一个光学通道开放的空间静电阱，其装载效率为47.4%，阱中冷分子的温度为25.4 mK。（3）利用一个载荷金属环，六个球电极和一个外加偏置电场来实现在芯片表面静电囚禁冷极性分子，装载效率为70%，阱中冷分子的温度为45 mK。（4）利用一对金属平板电容器和四根半埋入绝缘介质的杆电极构建了一个静电表面阱。装载效率为53%，阱中分子温度为35mK。（5）利用一对平板电极和一个六极杆构建一个光学通道开放的多功能静电阱，装载效率可达94%，阱中分子温度为30mK。（6）利用三根载荷金属杆实现了在芯片表面陷俘冷极性分子的静电阱，该阱装载效率为40%，阱中分子的温度为25mK。（7）利用六根载荷电极杆构建一个空间静电分束器，分束比可在0%~100%范围内灵活操控。（8）利用半嵌入芯片表面的两根载荷电极杆和芯片上方一根载荷电极杆构建了一个芯片表面的静电分束器。（9）利用一个平板电容器和两个载荷环形电极，构建了一个静电环形分束器，冷极性分子可以在阱中被反复分束、合束。（10）利用在芯片表面构建多样电极结构，实现对冷极性分子的速度滤波、纵向聚束和储存。（11）利用179级静电Stark减速器实现对氨分子的减速。