里德堡分子是組成分子的一個或多個電子處于里德堡態(tài)的分子,除了具有里德堡原子的尺寸大、壽命長和極化率大等優(yōu)良特性外,還具有豐富的振動能級和奇異的絕熱勢能曲線,比里德堡原子更容易受外場操控,在微弱信號檢測,真空波動研究,超冷碰撞淬滅,量子氣體的相關性測量中具有潛在的應用價值。按形成機理不同里德堡分子分為里德堡-基態(tài)分子和巨型里德堡分子。里德堡-基態(tài)分子,又稱長程里德堡分子,是由一個里德堡電子與一個或者多個基態(tài)原子低能電子散射形成,分子半徑≤2n²與里德堡原子的大小相當且具有較大的永久電偶極矩。巨型里德堡分子是由里德堡原子間長程電多極矩相互作用形成的勢阱束縛而成,分子半徑≥4n²,大小達?m量級。本文主要以銫（nD_J）₂巨型里德堡分子為研究對象:理論上建立了里德堡原子對電多極相互作用的理論模型,數值計算了巨型里德堡分子的勢能曲線,獲得束縛能、束縛鍵長、振動能級等參數,為實驗制備巨型里德堡分子提供了理論基礎;實驗上在光締合制備基態(tài)分子的基礎上,首次提出了雙色雙共振光締合制備超冷里德堡分子的實驗方案,并成功觀... 

【文章來源】：山西大學山西省

【文章頁數】：116 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

Cs里德堡原子35S1/2(黑色實線)和37S1/2(紅色虛線)態(tài)徑向波函數

巨型里德堡分子的理論與實驗研究6子間長程電多極矩相互作用束縛而成，分子半徑約為里德堡原子的兩倍，也稱巨型里德堡二聚體或巨型里德堡分子。1.2.1里德堡分子特性里德堡分子是鑒于微觀和宏觀之間的一種介觀粒子，組成分子中有一個或幾個原子處于里德堡態(tài)。目前根據形成機理的不同將里德堡分子分為巨型里德堡分子和里德堡-基態(tài)分子，其中巨型里德堡分子是里德堡原子對間電多極相互作用形成，如圖1.2(b)，巨型里德堡分子束縛鍵長約為n*2.5，大于LeRoy半徑(~4n2)，一般分子大小超過1μm。巨型里德堡分子束縛阱深約為n*-3.5，隨主量子數n的增大阱深減校分子束縛勢阱決定其分子具有豐富振動能級且能級間隔較小，如圖1.3所示。對于n~30，間隔小于10MHz，n~100，間隔小于100kHz。里德堡-基態(tài)分子是由里德堡電子與基態(tài)原子低能電子散射形成，其中由s-波散射占主導，考慮高角動量量子態(tài)影響，外層束縛勢阱中電子波函數形狀呈“三葉蟲圖1.2超冷里德堡-基態(tài)分子(a)和巨型里德堡分子(b)的電子密度和勢能曲線[73]。圖1.3(a)(56D5/2)2巨型里德堡分子勢能曲線，(b)計算的分子振動能級和振動波函數[74]。

巨型里德堡分子的理論與實驗研究8隨后我們實驗小組，在已有理論基礎上，考慮里德堡原子對間高價電多極相互作用和相互作用基矢大小，計算巨型里德堡分子的絕熱勢能曲線，獲得束縛勢阱深，平衡核間距和振動能級。實驗上利用雙色雙光子光締合的實驗方案，制備的(62DJ)2態(tài)巨型里德堡分子[72]。1.2.3里德堡-基態(tài)分子里德堡原子與基態(tài)原子碰撞相互作用，里德堡電子與其周圍基態(tài)原子的低能電子散射可吸引基態(tài)原子并將其束縛在里德堡原子的周圍，形成由里德堡原子和基態(tài)原子組成的長程里德堡-基態(tài)分子。理論上利用里德堡電子與基態(tài)原子低能電子散射的Fermi贗勢模型，在考慮高階波散射和自旋耦合影響，計算了里德堡-基態(tài)分子的圖1.5超冷銫65D+67D里德堡原子對勢能曲線和實驗測得離子譜[71]。圖1.6超冷銫離子譜，(a)沒有種子44S1/2里德堡原子的43P3/2自電離離子信號，(b)有44S1/2種子里德堡原子的43P3/2脈沖場電離譜，(c)有44S1/2種子里德堡原子的43P3/2自電離與脈沖場電離譜的比值[66]。


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