采用载荷导线实现冷分子导引的理论与实验研究

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冷分子具有广阔的应用前景,如量子计算的新平台,精确测量,纳米光刻技术和冷化学等。因此,冷分子成为物理学新的研究领域之一,并在近十年里得到了快速的发展。现在人们已经可以使化学稳定分子的温度降低到mK量级。本文首先综述了分子导引和囚禁的基本原理、实验方案与结果及其最新进展,并讨论了冷分子在物理和化学领域中的潜在应用;其次,对单根导线的静电表面导引的方案进行了实验研究;再次,提出了采用两根载荷导线的静电表面导引方案,并对该方案进行了理论研究;最后对本文的工作进行总结,并对未来的研究工作进行展望。本文在实验上验证了采用单根载荷导线实现极性冷分子的静电表面导引的方案。我们研究了分子束与脉冲阀温度的关系;测量了不同束源温度下的ND3分子束的(2+1)REMPI光谱;分析了导引中心的位置与所加电压的关系和分子的导引效果。当上极板电压固定时,随着导线电压的增大,导引中心逐渐上升。随着导引中心的升高,被导引分子的横向温度逐渐减小。在其他条件相同的情况下,导引的电压越高,分子的导引效果越好,当U1(U2)=17.3kV(20kV)时,绝对导引效率达到了50%。本文在理论上提出了采用两根载荷导线的静电表面导引方案。首先介绍了氨分子的Stark能级分裂理论,研究了J=1和J=2的ND3分子和NH3分子的Stark能级分裂。接着详细研究了空间电场分布与导引装置的几何尺寸(a、b、r)、导线的电压(U1、U2)之间的关系。结果表明:该方案的导引中心位置不仅与装置的几何尺寸有关,还与导线的电压有关,因此,能更方便地操控分子。最后用蒙特卡罗模拟的方法模拟了该方案的导引效率。
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