Прорыв в ультрахолодной физике: ученые впервые захватили стабильную молекулу монофторида алюминия в магнито-оптической ловушке

Специалисты Департамента молекулярной физики Института Фрица Габера достигли значительного успеха в области физики сверхнизких температур, впервые осуществив магнито-оптическую ловушку (МОТ) для стабильной оболочечной молекулы — монофторида алюминия (AlF). Это достижение открывает новые возможности для точного контроля над молекулярными системами и углубленного изучения квантовых явлений. Результаты многолетней работы, включавшей разработку технологий глубокого ультрафиолета и спектроскопические изыскания, были приняты к публикации в журнале Physical Review Letters и уже доступны на сервере препринтов arXiv.

Ключевым моментом стало то, что команда смогла охладить и селективно удерживать молекулы AlF в трех различных вращательных квантовых уровнях. Ранее в подобные ловушки удавалось помещать только реактивные молекулы с неспаренными электронами, известные как спин-дублетные системы. Ученые Института Фрица Габера продемонстрировали первую ловушку для спин-синглетной молекулы AlF, которая отличается высокой химической инертностью благодаря прочной связи. Для реализации этого прорыва потребовалось задействовать четыре лазерные системы, работающие на длине волны около 227.5 нм, что является самой короткой длиной волны, когда-либо применявшейся для захвата атомов или молекул.

На протяжении почти четырех десятилетий МОТ успешно применялись для нейтральных атомов, что привело к созданию оптических атомных часов и прототипов квантовых компьютеров. Однако сложность молекулярной структуры долгое время препятствовала их захвату. Руководитель группы Сид Райт выразил надежду на возможность использования AlF из компактного и экономичного парового источника, отметив, что первоначальные тесты подтвердили устойчивость AlF при столкновениях со стенками вакуумной камеры при комнатной температуре. Ведущий аспирант Эдуардо Падилья подчеркнул, что успех стал результатом колоссальных командных усилий и использования ресурсов Департамента молекулярной физики.

Ожидается, что лазерно-охлажденный AlF послужит основой для новых высокоточных измерений и квантового управления молекулами. Примечательно наличие долгоживущего метастабильного электронного состояния, которое открывает перспективу достижения еще более низких температур. Способность команды FHI переключаться между тремя вращательными уровнями AlF, просто настраивая длины волн лазеров, свидетельствует о высочайшем уровне контроля над квантовыми степенями свободы, что является ключом к будущим квантовым симуляциям и метрологии.