基于第一原理研究超冷极性分子在光场中的性质与操控

超冷分子体系最近受到很多实验和理论工作者的关注，因其具有丰富的振转动能级结构以及固有电偶极矩而容易通过多频段的外场进行各种调控。实验上通过光缔合然后分子自发辐射或受激拉曼过程可以得到处于最低电子态的超冷极性分子，但通常所制备的极性分子处于高振动激发态，本项目将通过高精度数值模拟提供高效制备基态超冷极性分子进而控制其量子演化的最优化方案，为实验提供直接可调节的参数以大大节省试验成本并提高实验效率。本项目首先用第一原理精确计算碱金属极性分子的势能和偶极矩曲线，相比于已有早期计算结果，本项目将大幅提高计算精度并将误差控制在百分之一以内。在此基础上用离散表象精确计算能谱和振转动波函数，得到可以直接和实验相互验证的从微波到可见光范围的吸收光谱，并计算实验可操控的外场下分子的极化率。最后运用量子控制的方法计算提高超冷极性分子基态产率的可行方案并优化，为实验提供可操作方案以加速实验进程。

本项目结合高精度第一原理计算与离散变量表象振转分析方法研究了超冷极性分子的性质与操控，取得了一些比较好的结果，解释了相关实验并为后续研究工作提供了很好的参考。超冷分子体系是当前很多实验和理论工作者的热点研究问题，因其具有丰富的振转动能级结构以及固有电偶极矩而容易通过多频段的外场进行各种调控，从而具有很广泛的应用价值。但是对于绝大多数可能的应用，都必须首先制备高密度单一量子态的超冷分子，以RbCs分子为例，制备高密度最低电子态上的振转基态的RbCs分子是当前的研究重点，也是很多后续应用的基本出发点，精确的理论计算分析将为实现该目标提供非常有帮助的指导。在本项目之前已有很多理论计算的超冷分子势能曲线的数据，但是精确度无法达到高精度超冷分子实验的水平，因而我们采用了目前计算能量非常精确的耦合簇方法，结合一组很大的全电子基组，计算的结果大大提高了RbCs分子势能曲线的精确度。进一步我们在离散变量表象下精确计算了RbCs分子不同电子态上的振转能级和波函数，在此基础上计算了光场下不同振转能级之间的跃迁速率。结合不同能级之间的跃迁速率就可以计算通过两束光先将孤立的原子对缔合到某个激发态的振转态上然后再转移到最低电子态的振转基态上的概率大小，通过比较上述经过各种不同的中间态缔合分子并转移到基态的总概率的大小，我们优化并得到了制备最低电子态上的振转基态上的RbCs分子的最佳方案，为后续实验提供了很好的参考。.综上所述我们在过去三年内完成了项目相关的研究内容，达到了预期的目标。在过去三年内共发表标注项目基金号的SCI论文11篇，其中以项目负责人作为第一或者通讯作者的文章共6篇，并将于2014年由World Scientific出版社出版标注项目基金号的专著章节一章。