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绝对零度附近,离子和原子混合物首次“现形”

发布时间:2020-02-27 20:30:20
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  几十年来,研究人员一直在对原子和离子进行激光冷却实验,但迄今无人观察到两者在极低温度下的混合物。据物理学家组织网 25 日报道,荷兰科学家将镱离子置于预先冷却至绝对零度附近的锂原子云中,首次观察到了原子、离子在极低温度下的混合物,有望促进量子技术的发展。

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资料图

  在最新研究中,阿姆斯特丹大学的雷内·格里特斯玛博士及其同事首先使用激光冷却技术冷却单个镱离子,此外,他们还单独制备出由约 10000 个锂原子组成的原子气团,并将其冷却至接近绝对零度。随后,他们借助一组工具,让离子与原子云重叠,并监视离子能级,最终确定了离子与原子云间碰撞产生的能量。

  格里特斯玛表示:“冷原子和离子有望帮助我们进一步理解量子多体现象,也可用于原子钟乃至量子计算机中,但迄今还没有人在如此超冷的温度下制造出原子和离子的混合物,我们最先实现了这一目标。”

  她解释说:“我们的实验面临的主要挑战是让离子一直被限制在气体内,为此,我们施加了电场。但此前的研究表明,电场会对原子—离子碰撞产生负面影响,使其发热,我们通过使用重离子镱和轻原子锂减轻了热效应。”

  观测结果发表于最新一期《自然·物理学》杂志,揭示出一些可能对新量子技术研发产生影响的效应。

  格里特斯玛说:“我们首次观察到,在中性原子气体内的离子被冷却到量子效应变得重要的状态,该系统可用于在单粒子尺度研究量子化学,或在相互作用的原子和离子的量子多体物理学领域找到用武之地,甚至可用于量子计算机领域的研究。”

  该研究小组还发现了一些指向离子与原子间碰撞内发生的量子现象的证据,这些新发现可能会对未来的研究产生影响。

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