[发明专利]一种用于超冷极性分子操控的多用途电场产生装置

说明书

本发明属于原子，分子和量子光学领域，特别涉及一种用于超冷分子操控的多用途电场产生装置。一种用于超冷极性分子操控的多用途电场产生装置，包括四根圆柱形铜电极，每根圆柱形铜电极直径为3mm长度为30mm的，每根圆柱形铜电极的前端面在同一个平面上，每根圆柱形铜电极的后端面在同一个平面上，四根圆柱形铜电极的横截面圆的中心构成一个长边为12.16mm短边为6mm的矩形，第一圆柱形铜电极的横截面圆的中心与第二圆柱形铜电极的横截面圆的中心之间的距离为6mm。本发明能够在100μm×100μm×100μm区域产生一个高均匀度电场。

技术领域

本发明属于原子，分子和量子光学领域，特别涉及一种用于超冷分子操控的多用途电场产生装置。

背景技术

在过去的几十年中，原子，分子和量子光学领域在制备超冷极性分子上取得了巨大成功。与超冷原子类似，超冷分子有广阔的应用前景。超冷极性分子由于具备独特的长距离的电偶极相互作用，可应用于量子计算，凝聚态物理等领域，如超冷极性分子和超导谐振腔组成的混合系统可以用于量子信息的编码和处理、超冷极性分子可以作为量子模拟器的基本元素从而对系统的哈密顿量进行设计。此外，超冷极性分子在精密测量也有广泛的应用。

超冷极性分子需要施加一个大于1kV/cm电场才能产生电偶极距。超冷极性分子的温度小于400nK,电场中心和边缘的的电场强度差所产生的分子势能应该小于400nK。对于囚禁在光晶格中的单个超冷极性分子进行寻址是超冷极性分子应用的关键技术之一。单个格点寻址可以通过一个电场梯度来控制分子的转动能级的Stark频移来实现。将超冷分子离子化后进行探测是实现超冷分子探测的一种有效手段，分子离子化后所产生的离子运动轨迹的控制也需要相应的电场来实现。超冷分子的冷却，囚禁，调控和探测都需要激光光束与分子相互作用，因此调控超冷分子的电场应该留有足够的间隙使激光可以通过。

2008年，美国科罗拉多大学叶军小组利用一对间距为1.3cm的镀有氧化铟锡的透明圆盘电极产生一个大小为2kV/cm的直流电场并在KRb分子上获得一个大小为0.566Debye的电偶极距(Science.322,p231-235,2008)。实验中所用的电场装置有效的实现了均匀的直流电场从而实现了对温度为350nK的KRb分子的极化。但由于只有两个电极，该电场装置只能产生均匀的直流电场而无法产生电场梯度，也无法对分子离子化后的离子轨迹进行控制。

2013年，德国海德堡大学Weidemüller小组利用4个内径为15mm，厚度为2mm,高度为8mm的半圆形电极两两组成一个具有一定间隙的圆环形，两个圆环的内间距为28mm(Front. Phys. P1-16,2013)。实验中所用的电场装置可以产生均匀电场并且可以对离子轨迹进行控制。然而在装置区域边缘的电场相对与该区域中心的电场的变化为5×10^-4。利用该装置产生一个大于1kV/cm的电场，电场的不均匀性导致分子所产生的势将破坏超冷分子，因此该装置无法用于超冷分子的调控。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何克服背景技术中的缺陷，提供一种能够分提供高均匀度电场、满足用于囚禁于光晶格中的超冷极性分子的单个格点寻址，能够控制超冷分子被离子化以后所产生离子的运动轨迹。