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Acta Physica Sinica

Theoretical study on coherent control of ultracold chemical reactions based on the 23Na+23Na6Li system

Yanpeng Bai, JING Suhua

Published Oct 28, 2026• 0 citations
PDF (CC BY)Publisher

Abstract

原子与分子冷却技术的进步推动了超冷化学领域的快速发展,为深入理解化学反应本质以及实现对化学反应的调控提供了新的可能.对于包含分子的反应散射体系,已有相关理论将散射过程直观类比为光学干涉模型,用于解释体系损失速率在外场调控下的变化原因.与上述研究相关,本文采用一个解析的两体散射模型,研究了在超低温下多重反射路径之间的干涉对损失速率的影响.结果表明,当相邻反射路径之间的相位差为0时,产生相长干涉,分波损失速率取得极大值,且高于普适极限;当相位差为π时,产生相消干涉,分波损失速率取得极小值,且低于普适极限.干涉效应在损失参数y较小时显著增强.分波损失速率在极值处具有关于短程相移δs的对称性质.对于典型的反应散射体系23Na+23Na6Li,通过对其实验数据进行拟合,所得的损失参数y为一小量,与相关文献报道结果一致.此外,与已有工作相比,本研究明确了多重反射路径之间的干涉条件,为实验调控超冷化学反应提供了理论参考.

DOI
10.7498/aps.76.20261075

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Control of Ultracold Chemical Reactions Through Conical Intersections

Constantinos Makrides, Alexander Petrov, Svetlana Kotochigova

Bulletin of the American Physical Society•May 26, 2016•0 citations

Constructive Quantum Interference in a Photo-Chemical Reaction of $^{87}$Rb Bose Einstein Condensate

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Interferences emerge when multiple pathways coexist together leading towards the same result. A Recent study by Blasing and coworkers [PRL 121(7):073202] showed that in a photo-association reaction of Raman dressed spin orbit coupled $^{87}$Rb Bose Einstein Condensate when the reactant spin state is prepared in a coherent superposition of multiple bare spin states it leads to a destructive interference between reaction pathways. Here we report a theoretical study for a reaction scheme which leads to constructive quantum interference. This is achieved by changing the reactive scattering channel in the reaction. As the origin of coherent control comes from the spin part of the wavefunction it is sufficient to use radio frequency coupling to achieve the superposition state. Our results show that interferences can be used as a resource for the coherent control of photo-chemical reactions. The approach is general and can be employed to study a wide spectra of chemical reactions in the ultracold regime.

arXiv:2107.05441•Jan 1, 2021•0 citations

Measurement of the first rotational excitation spectrum of ultracold ground-state 23Na40K molecules

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超冷极性分子具有长程电偶极相互作用与丰富的内部自由度,在多个前沿研究领域具有巨大的应用潜力。第一转动能态作为核心的旋转自由度,是实现分子量子态操控的首要选择,可以用来精确调控极性分子的长程相互作用强度,或者作为量子信息处理中的量子态。本文以超冷23Na40K分子为研究对象,开展了两个超精细基态对应的不同第一转动激发态能级结构的研究,并且实现了超冷分子在基态和第一转动激发态之间的相干操控。首先通过理论计算标定了第一转动态中的不同超精细能级以及基态到激发态跃迁频率随外磁场的变化,随后实验上通过测量基态分子损耗谱的方法确定了第一转动激发态的共振频率。结果表明,理论计算与实验数据呈现出高度一致性。进一步利用微波场驱动实现了分子在基态和第一转动激发态之间的拉比振荡。该研究为后续基于超冷极性分子第一转动态的研究提供了基础。

Acta Physica Sinica•Jan 1, 2026•0 citations

Ultracold neutrons — discovery and research

V. K. Ignatovich

³ÑAEÇÓÉÂÐËÇ 1. £ÄÇAEÇÐËÇ (303).2. ¯ÂÚÂÎÑ àÍÔÒÇÓËÏÇÐÕÂÎßÐÞØ ËÔÔÎÇAEÑÄÂÐËÌ Ô µ•¯(303).2.1.¯ÇÌÕÓÑÐÞ ÏÇÉAEÖ ÍÓËÔÕÂÎÎÂÏË.2.2.±ÇÓÄÞÌ àÍÔÒÇÓËÏÇÐÕ Ô µ•¯.2.3.¥ÓÂÏÂÕËÚÇÔÍËÌ ÏÑÏÇÐÕ.2.4.¿ÒËÊÑAE Ô ÛÇÓÑØÑÄÂÕÑ-ÔÕâÏË.3. ¤ÎÂÄÐÂâ ÒÓÑÃÎÇÏ µ•¯(310).3.1.³ØÇÏ àÍÔÒÇÓËÏÇÐÕÂ.3.2.¯ÇÍÑÕÑÓÞÇ ËÊ ÒÑÔÎÇAEÐËØ àÍÔÒÇÓË-ÏÇÐÕÑÄ.3.3.±ÑÒÞÕÍË ÑÃÝâÔÐÇÐËâ.4. ªÔÒÑÎßÊÑÄÂÐËÇ µ•¯AEÎâ ×ÖÐAEÂÏÇÐÕÂÎßÐÞØ ËÔÔÎÇAEÑÄÂÐËÌ (317).4.1.£ÓÇÏâ ÉËÊÐË ÐÇÌÕÓÑÐÂ.4.2.¿ÎÇÍÕÓËÚÇÔÍËÌ AEËÒÑÎßÐÞÌ ÏÑÏÇÐÕ ÐÇÌÕÓÑÐÂ.4.3.°ÔÙËÎÎâÙËË ÐÇÌÕÓÑÐ-ÂÐÕËÐÇÌÕÓÑÐ. 4.4.¶ÂÊ ¢ÇÓÓË. 5. ±ÓËÍÎÂAEÐÞÇ Ë ÂÍÂAEÇÏËÚÇÔÍËÇ ËÔÔÎÇAEÑÄÂÐËâ (319).5.1.¯ÇÑAEÐÑÓÑAEÐÑÔÕË ÄÐÖÕÓË ÄÇÜÇÔÕÄÂ.5.2.ªÔÔÎÇAEÑÄÂÐËÇ ÒÑ-ÄÇÓØÐÑÔÕË.5.3.³ÖÒÇÓÖÎßÕÓÂØÑÎÑAEÐÞÇ ÐÇÌÕÓÑÐÞ.5.4.³ÄâÊÂÐÐÞÇ ÔÑÔÕÑâÐËâ ÐÇÌÕÓÑÐÂ Ä ÏÂÅÐËÕÐÑÏ ÒÑÎÇ ÒÓâÏÑÅÑ ÒÓÑÄÑAEÂ.5.5.¯ÇÌÕÓÑÐÐÞÌ ÏËÍÓÑÔÍÑÒ.5.6.£ÑÎÐÑÄÂâ ÑÒÕËÍÂ.5.7.±ÓËÐÙËÒ àÍÄËÄÂÎÇÐÕÐÑÔÕË.6. ´ÇØÐËÚÇÔÍËÇ ÄÑÒÓÑÔÞ.²ÂAEÖÉÐÞÇ ÒÇÓÔÒÇÍÕËÄÞ (321).6.1.¥ÇÕÇÍÕÑÓÞ µ•¯.6.2.±ÑÎâÓËÊÂÙËâ Ë ÂÐÂÎËÊ ÒÑÎâÓËÊÂÙËË.6.3.±ÑÎÖÚÇÐËÇ µ•¯.³ÒËÔÑÍ ÎËÕÇÓÂÕÖÓÞ (324).1. £ÄÇAEÇÐËÇ ¯ÂÔÕÑâÜËÌ ÑÃÊÑÓ ÒÑÔÄâÜÇÐ ÒÂÏâÕË ¶ÇAEÑÓ ßÄÑÄËÚ ºÂÒËÓÑ, ÍÑÕÑÓÑÏÖ 6 ÏÂâ 1995 Å. ËÔÒÑÎÐËÎÑÔß ÃÞ 80 ÎÇÕ.¦ÅÑ ÃÇÊÄÓÇÏÇÐÐÂâ ÍÑÐÚËР30 âÐÄÂÓâ 1973 Å. ÃÞΠÄÑÔÒÓËÐâÕ ÍÂÍ ÕâÉÇÎÂâ ÖÕÓÂÕ ÄÔÇÏË, ÍÑÏÖ ÒÓËÄÇÎÑÔß ÃÎËÊÍÑ ÊÐÂÕß àÕÑÅÑ ÚÇÎÑÄÇÍ ËÎË ÓÂÃÑÕÂÕß ÓâAEÑÏ Ô ÐËÏ.£ ÔÄâÊË Ô 80-ÎÇÕÐÇÌ ÅÑAEÑÄÜËÐÑÌ ÔÑ AEÐâ ÇÅÑ ÓÑÉAEÇÐËâ ÄÔÇ, ÍÕÑ ÊÐÂÎË, ÒÑÏÐâÕ Ë ØÑÕÇÎË ÒÑAEÇÎËÕßÔâ ÄÑÔÒÑÏËÐÂÐËâÏË Ñ ÐÇÏ, ÊÂAEÖÏÂÎË ÄÞÒÖÔÕËÕß áÃËÎÇÌÐÞÌ ÔÃÑÓÐËÍ, ÒÑÔÄâ-ÜÇÐÐÞÌ ÇÅÑ ÒÂÏâÕË.¥Îâ àÕÑÅÑ ÔÃÑÓÐËÍ ÃÞÎ ÒÑAEÅÑÕÑ-ÄÎÇÐ Ë AEÂÐÐÞÌ ÑÃÊÑÓ.´ÓÖAE àÕÑÕ Ä ÍÑÐÇÚÐÑÏ ÔÚÇÕÇ ÐÇ ÖAEÂÎÔâ.³ ÑAEÐÑÌ ÔÕÑÓÑÐÞ, ÑÐ ÃÞÎ ÊÂAEÖÏÂÐ ÍÂÍ ÐÂÖÚÐÑÇ ËÊÎÑÉÇÐËÇ, ØÂÓÂÍÕÇÓÐÑÇ AEÎâ ÕÂÍÑÅÑ ÓÑAE ÒÓÑËÊÄÇAEÇÐËÌ, Â Ô AEÓÖÅÑÌ ì ÔÑAEÇÓÉÂÎ ÏÐÑÅÑ ÎËÚÐÑÅÑ, ÔÄâÊÂÐÐÑÅÑ ÐÇÒÑÔ-ÓÇAEÔÕÄÇÐÐÑ Ô ¶ÇAEÑÓÑÏ ßÄÑÄËÚÇÏ.ª ÕÑ, Ë AEÓÖÅÑÇ ÃÞÎÑ AEÑÔÕÂÕÑÚÐÑ ÇÏÍËÏ Ë ÐÇ ÖÍÎÂAEÞÄÂÎÑÔß ÐË Ä ÍÂÍËÇ ÓÂÏÍË.£ ÓÇÊÖÎßÕÂÕÇ ÃÞÎÑ ÓÇÛÇÐÑ ÓÂÊAEÇÎËÕß AEÄ ÉÂÐÓÂ.£ÔÇ ÎËÚÐÑÇ (ÐÑ ÐÇ Ä ÃÞÕÑÄÑÏ ÔÏÞÔÎÇ, Â Ä ÔÏÞÔÎÇ ÐÂÖÚÐÑÅÑ ÑÃÜÇÐËâ) ÃÞÎÑ ÑÔÕÂÄÎÇÐÑ AEÎâ ÖÒÑÏâÐÖÕÑÅÑ ÄÞÛÇ ÔÃÑÓ-ÐËÍ [1],  ÑÃÊÑÓ, ÍÂÍ ÕÂÍÑÄÑÌ,

Uspekhi Fizicheskih Nauk•Jan 1, 1996•9 citations
原子与分子冷却技术的进步推动了超冷化学领域的快速发展,为深入理解化学反应本质以及实现对化学反应的调控提供了新的可能.对于包含分子的反应散射体系,已有相关理论将散射过程直观类比为光学干涉模型,用于解释体系损失速率在外场调控下的变化原因.与上述研究相关,本文采用一个解析的两体散射模型,研究了在超低温下多重反射路径之间的干涉对损失速率的影响.结果表明,当相邻反射路径之间的相位差为0时,产生相长干涉,分波损失速率取得极大值,且高于普适极限;当相位差为π时,产生相消干涉,分波损失速率取得极小值,且低于普适极限.干涉效应在损失参数y较小时显著增强.分波损失速率在极值处具有关于短程相移δs的对称性质.对于典型的反应散射体系23Na+23Na6Li,通过对其实验数据进行拟合,所得的损失参数y为一小量,与相关文献报道结果一致.此外,与已有工作相比,本研究明确了多重反射路径之间的干涉条件,为实验调控超冷化学反应提供了理论参考.
在合成维度中构建可调谐的规范场,为精确操控多能级量子系统的相干演化及开展量子模拟提供了一条重要途径.本文基于量子相干控制理论,系统研究了在宽带宽激光脉冲全局驱动下,超冷87Rb原子超精细能级构成的四格点闭合环路中,谱相位对有效合成磁通的调控机制及其对量子态布居转移的影响.数值求解含时薛定谔方程的结果表明,谱相位调制可有效控制合成磁通,实现系统在相消干涉主导的布居抑制与相干布居转移之间的切换.进一步分析发现,在无外部调制时,由闭合环路中电偶极跃迁矩阵元乘积的相对符号所决定的内禀等效π磁通天然存在,使不同双光子拉曼跃迁路径之间发生相消干涉,从而使该四能级闭合环路构成描述类Aharonov-Bohm (AB)笼相消干涉机制的最小模型,并将量子布居限制于特定的能级子空间内.此外,该相消干涉导致的布居限制现象对脉冲带宽和单光子失谐表现出一定的鲁棒性.本研究通过谱相位整形宽带宽脉冲场,为合成维度中规范场的调控及多能级量子系统的相干操控提供了一种理论途径.
具有竞争相互作用的冷原子玻色系统为探究超越平均场的量子多体效应提供了一个理想平台.本文用哈特里-福克和波波夫方法研究了双分量相干耦合李-黄-杨气体的热力学性质和相变特征.结果表明,只有正确地计入量子涨落在物态方程中的贡献,体系才能保持力学稳定.在此基础上,得到了有限温度的相图,并确定了正常相与凝聚相之间的准三临界点.以该点为界,玻色-爱因斯坦凝聚在一侧表现为一级相变,在另一侧表现为连续相变.对于一级相变,正常相和凝聚相可在平衡气压下共存,相分离状态下的局域凝聚分数会随温度升高而反常增大.此外,还推导出了包含拉比耦合自由度的克拉珀龙方程,阐明了平衡气压的变化规律.这些结果揭示了量子涨落在有限温度的重要作用,为超冷原子的实验探索提供了理论依据.
Constructive Quantum Interference in a Photo-Chemical Reaction of 87^{87}87Rb Bose Einstein Condensate
Interferences emerge when multiple pathways coexist together leading towards the same result. A Recent study by Blasing and coworkers [PRL 121(7):073202] showed that in a photo-association reaction of Raman dressed spin orbit coupled 87^{87}87Rb Bose Einstein Condensate when the reactant spin state is prepared in a coherent superposition of multiple bare spin states it leads to a destructive interference between reaction pathways. Here we report a theoretical study for a reaction scheme which leads to constructive quantum interference. This is achieved by changing the reactive scattering channel in the reaction. As the origin of coherent control comes from the spin part of the wavefunction it is sufficient to use radio frequency coupling to achieve the superposition state. Our results show that interferences can be used as a resource for the coherent control of photo-chemical reactions. The approach is general and can be employed to study a wide spectra of chemical reactions in the ultracold regime.
超冷极性分子具有长程电偶极相互作用与丰富的内部自由度,在多个前沿研究领域具有巨大的应用潜力。第一转动能态作为核心的旋转自由度,是实现分子量子态操控的首要选择,可以用来精确调控极性分子的长程相互作用强度,或者作为量子信息处理中的量子态。本文以超冷23Na40K分子为研究对象,开展了两个超精细基态对应的不同第一转动激发态能级结构的研究,并且实现了超冷分子在基态和第一转动激发态之间的相干操控。首先通过理论计算标定了第一转动态中的不同超精细能级以及基态到激发态跃迁频率随外磁场的变化,随后实验上通过测量基态分子损耗谱的方法确定了第一转动激发态的共振频率。结果表明,理论计算与实验数据呈现出高度一致性。进一步利用微波场驱动实现了分子在基态和第一转动激发态之间的拉比振荡。该研究为后续基于超冷极性分子第一转动态的研究提供了基础。
³ÑAEÇÓÉÂÐËÇ 1. £ÄÇAEÇÐËÇ (303).2. ¯ÂÚÂÎÑ àÍÔÒÇÓËÏÇÐÕÂÎßÐÞØ ËÔÔÎÇAEÑÄÂÐËÌ Ô µ•¯(303).2.1.¯ÇÌÕÓÑÐÞ ÏÇÉAEÖ ÍÓËÔÕÂÎÎÂÏË.2.2.±ÇÓÄÞÌ àÍÔÒÇÓËÏÇÐÕ Ô µ•¯.2.3.¥ÓÂÏÂÕËÚÇÔÍËÌ ÏÑÏÇÐÕ.2.4.¿ÒËÊÑAE Ô ÛÇÓÑØÑÄÂÕÑ-ÔÕâÏË.3. ¤ÎÂÄÐÂâ ÒÓÑÃÎÇÏ µ•¯(310).3.1.³ØÇÏ àÍÔÒÇÓËÏÇÐÕÂ.3.2.¯ÇÍÑÕÑÓÞÇ ËÊ ÒÑÔÎÇAEÐËØ àÍÔÒÇÓË-ÏÇÐÕÑÄ.3.3.±ÑÒÞÕÍË ÑÃÝâÔÐÇÐËâ.4. ªÔÒÑÎßÊÑÄÂÐËÇ µ•¯AEÎâ ×ÖÐAEÂÏÇÐÕÂÎßÐÞØ ËÔÔÎÇAEÑÄÂÐËÌ (317).4.1.£ÓÇÏâ ÉËÊÐË ÐÇÌÕÓÑÐÂ.4.2.¿ÎÇÍÕÓËÚÇÔÍËÌ AEËÒÑÎßÐÞÌ ÏÑÏÇÐÕ ÐÇÌÕÓÑÐÂ.4.3.°ÔÙËÎÎâÙËË ÐÇÌÕÓÑÐ-ÂÐÕËÐÇÌÕÓÑÐ. 4.4.¶ÂÊ ¢ÇÓÓË. 5. ±ÓËÍÎÂAEÐÞÇ Ë ÂÍÂAEÇÏËÚÇÔÍËÇ ËÔÔÎÇAEÑÄÂÐËâ (319).5.1.¯ÇÑAEÐÑÓÑAEÐÑÔÕË ÄÐÖÕÓË ÄÇÜÇÔÕÄÂ.5.2.ªÔÔÎÇAEÑÄÂÐËÇ ÒÑ-ÄÇÓØÐÑÔÕË.5.3.³ÖÒÇÓÖÎßÕÓÂØÑÎÑAEÐÞÇ ÐÇÌÕÓÑÐÞ.5.4.³ÄâÊÂÐÐÞÇ ÔÑÔÕÑâÐËâ ÐÇÌÕÓÑÐÂ Ä ÏÂÅÐËÕÐÑÏ ÒÑÎÇ ÒÓâÏÑÅÑ ÒÓÑÄÑAEÂ.5.5.¯ÇÌÕÓÑÐÐÞÌ ÏËÍÓÑÔÍÑÒ.5.6.£ÑÎÐÑÄÂâ ÑÒÕËÍÂ.5.7.±ÓËÐÙËÒ àÍÄËÄÂÎÇÐÕÐÑÔÕË.6. ´ÇØÐËÚÇÔÍËÇ ÄÑÒÓÑÔÞ.²ÂAEÖÉÐÞÇ ÒÇÓÔÒÇÍÕËÄÞ (321).6.1.¥ÇÕÇÍÕÑÓÞ µ•¯.6.2.±ÑÎâÓËÊÂÙËâ Ë ÂÐÂÎËÊ ÒÑÎâÓËÊÂÙËË.6.3.±ÑÎÖÚÇÐËÇ µ•¯.³ÒËÔÑÍ ÎËÕÇÓÂÕÖÓÞ (324).1. £ÄÇAEÇÐËÇ ¯ÂÔÕÑâÜËÌ ÑÃÊÑÓ ÒÑÔÄâÜÇÐ ÒÂÏâÕË ¶ÇAEÑÓ ßÄÑÄËÚ ºÂÒËÓÑ, ÍÑÕÑÓÑÏÖ 6 ÏÂâ 1995 Å. ËÔÒÑÎÐËÎÑÔß ÃÞ 80 ÎÇÕ.¦ÅÑ ÃÇÊÄÓÇÏÇÐÐÂâ ÍÑÐÚËР30 âÐÄÂÓâ 1973 Å. ÃÞΠÄÑÔÒÓËÐâÕ ÍÂÍ ÕâÉÇÎÂâ ÖÕÓÂÕ ÄÔÇÏË, ÍÑÏÖ ÒÓËÄÇÎÑÔß ÃÎËÊÍÑ ÊÐÂÕß àÕÑÅÑ ÚÇÎÑÄÇÍ ËÎË ÓÂÃÑÕÂÕß ÓâAEÑÏ Ô ÐËÏ.£ ÔÄâÊË Ô 80-ÎÇÕÐÇÌ ÅÑAEÑÄÜËÐÑÌ ÔÑ AEÐâ ÇÅÑ ÓÑÉAEÇÐËâ ÄÔÇ, ÍÕÑ ÊÐÂÎË, ÒÑÏÐâÕ Ë ØÑÕÇÎË ÒÑAEÇÎËÕßÔâ ÄÑÔÒÑÏËÐÂÐËâÏË Ñ ÐÇÏ, ÊÂAEÖÏÂÎË ÄÞÒÖÔÕËÕß áÃËÎÇÌÐÞÌ ÔÃÑÓÐËÍ, ÒÑÔÄâ-ÜÇÐÐÞÌ ÇÅÑ ÒÂÏâÕË.¥Îâ àÕÑÅÑ ÔÃÑÓÐËÍ ÃÞÎ ÒÑAEÅÑÕÑ-ÄÎÇÐ Ë AEÂÐÐÞÌ ÑÃÊÑÓ.´ÓÖAE àÕÑÕ Ä ÍÑÐÇÚÐÑÏ ÔÚÇÕÇ ÐÇ ÖAEÂÎÔâ.³ ÑAEÐÑÌ ÔÕÑÓÑÐÞ, ÑÐ ÃÞÎ ÊÂAEÖÏÂÐ ÍÂÍ ÐÂÖÚÐÑÇ ËÊÎÑÉÇÐËÇ, ØÂÓÂÍÕÇÓÐÑÇ AEÎâ ÕÂÍÑÅÑ ÓÑAE ÒÓÑËÊÄÇAEÇÐËÌ, Â Ô AEÓÖÅÑÌ ì ÔÑAEÇÓÉÂÎ ÏÐÑÅÑ ÎËÚÐÑÅÑ, ÔÄâÊÂÐÐÑÅÑ ÐÇÒÑÔ-ÓÇAEÔÕÄÇÐÐÑ Ô ¶ÇAEÑÓÑÏ ßÄÑÄËÚÇÏ.ª ÕÑ, Ë AEÓÖÅÑÇ ÃÞÎÑ AEÑÔÕÂÕÑÚÐÑ ÇÏÍËÏ Ë ÐÇ ÖÍÎÂAEÞÄÂÎÑÔß ÐË Ä ÍÂÍËÇ ÓÂÏÍË.£ ÓÇÊÖÎßÕÂÕÇ ÃÞÎÑ ÓÇÛÇÐÑ ÓÂÊAEÇÎËÕß AEÄ ÉÂÐÓÂ.£ÔÇ ÎËÚÐÑÇ (ÐÑ ÐÇ Ä ÃÞÕÑÄÑÏ ÔÏÞÔÎÇ, Â Ä ÔÏÞÔÎÇ ÐÂÖÚÐÑÅÑ ÑÃÜÇÐËâ) ÃÞÎÑ ÑÔÕÂÄÎÇÐÑ AEÎâ ÖÒÑÏâÐÖÕÑÅÑ ÄÞÛÇ ÔÃÑÓ-ÐËÍ [1],  ÑÃÊÑÓ, ÍÂÍ ÕÂÍÑÄÑÌ,