鋁一氟化物分子首度遭磁光阱捕獲：極冷物理學邁向分子精確控制新里程碑

分子物理學領域近日取得一項重大突破，來自弗里茨·哈伯研究所（Fritz Haber Institute, FHI）的研究團隊，成功利用磁光阱（Magneto-Optical Trap, MOT）首次捕獲了穩定的閉殼層分子——鋁一氟化物（AlF）。此項成就標誌著極冷物理學研究從單純的原子控制，關鍵性地邁向對更複雜分子進行精確操控的新階段，為深入探究物質的微觀結構提供了更為銳利的實驗工具。

近四十年間，科學家已能透過磁光阱技術將中性原子冷卻至接近絕對零度的極端低溫，並基於此發展出光學原子鐘和原型量子電腦等尖端技術。然而，分子因其固有的複雜能階結構，長期以來難以被納入此類精確控制的範疇。先前僅有少數具有未成對電子的「自旋雙重態」分子能夠被捕獲，這些分子通常化學活性較高。FHI團隊此次的成功，在於他們首次捕獲了化學性質相對惰性的「自旋單重態」分子AlF，這得益於其極為穩固的化學鍵結構。

為實現對AlF的有效冷卻，研究人員克服了多重技術挑戰。由於分子能階的特性，冷卻AlF需要使用深紫外光波段的雷射，其波長約為227.5奈米，這是迄今為止用於捕獲任何原子或分子的最短波長。這項創舉不僅考驗了雷射技術與光學元件的極限，更是產學界緊密合作的成果。值得注意的是，AlF的獨特之處在於，研究團隊能夠透過精確調整雷射波長，在三個不同的轉動量子能階中選擇性地進行冷卻與捕獲，這為分子量子態的精細操控開闢了新的可能性。

領導該團隊的Sid Wright指出，團隊的目標是能從一個緊湊且經濟的蒸氣源中捕獲AlF，初步實驗結果顯示AlF分子在與室溫真空壁碰撞後仍能保持穩定，這為未來擴展性應用奠定了堅實基礎。首席研究生Eduardo Padilla強調，這是團隊近八年來，包含光譜研究與深紫外技術開發累積的共同努力結果。極冷狀態下的分子運動速度可降至每秒約一公分，這使得科學家能以前所未有的精度檢視分子間的交互作用，並將其作為複雜量子系統的模擬模型或量子資訊處理的新元件。AlF分子中一個長壽命的亞穩態電子能階，預示著未來有機會達到更低的溫度。AlF分子高達6.9電子伏特的深鍵能，意味著其在雙分子碰撞中轉化為金屬雙氟化物所需的能量超過1.0電子伏特，進一步佐證了其在極冷實驗中的持久穩定性。