MIT發現將分子冷卻至接近絕對零度的手法

 

刊登日期:2020/5/27
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美國麻省理工大學(MIT)日前發現了將鈉鋰分子冷卻至200奈克爾文(nanokelvins)的技術。200奈克爾文是次於絕對零度的極低溫,並將此成果刊載於學術雜誌『Nature』上。

這項成果中應用了名為「衝突冷卻」的技術,係將鈉鋰分子放入更低溫的鈉原子雲中,極低溫的鈉原子發揮了冷卻效果,降低了分子的溫度。衝突冷卻是利用比對方更低溫的原子來冷卻對方原子的方法,經過十年的演進,亦試圖應用在分子的過冷卻上。不過當分子與原子衝突時,分子會被加熱或產生類似破壞的能量交換,並未產生促進冷卻的衝突。

研究人員從過去的實驗中發現,鈉鋰分子與鈉原子同方向旋轉(Spin)的話,不但可避免自我破壞,還會有鈉原子以熱的方式搶走鈉鋰分子的能量的情況,產生效率佳的衝突。實驗中使用了磁場及可發出達20以上的雷射光的複雜系統,來操控分子的旋轉及迴轉運動。照射特定頻率及偏光雷射光來控制分子的量子狀態,仔細調整微波場域,才讓原子朝分子的同方向旋轉。

接著,降低捕捉用雷射光的輸出功率,逐漸放鬆光阱(Optical Trap),降低了鈉原子的溫度,使得被原子雲包圍的分子進一步受到冷卻,分子於是從2微開爾文(microkelvins) 降至220奈開爾文。這都是因為研究人員把焦點放在冷卻衝突上,讓效率佳的衝突勝於效率差的衝突,才有了這項發現。

經研究小組觀察,分子處於極低溫狀態的時間最長達1秒鐘,這1秒鐘時間對於量子計算及新材料探索來說已經很充分。今後若能將鈉鋰分子的冷卻達成溫度降低五倍的話,便可達到所謂的量子簡併領域,這情況下分子無法一個一個區分,是透過量子力學來控制群體的動作。


資料來源: https://engineer.fabcross .jp/archeive/200422_super- cooled-atoms.html
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