Champ

Nature volume 614, pages 59-63 (2023)Citer cet article

11 000 accès

4 citations

67 Altmétrique

Détails des métriques

Les résonances de diffusion sont un outil essentiel pour contrôler les interactions des atomes et des molécules ultrafroids. Cependant, les résonances conventionnelles de diffusion de Feshbach1, qui ont été largement étudiées sur diverses plateformes1,2,3,4,5,6,7, ne devraient pas exister dans la plupart des molécules polaires ultrafroides en raison de la perte rapide qui se produit lorsque deux molécules s'approchent à à courte distance8,9,10. Nous démontrons ici un nouveau type de résonance de diffusion universelle pour une large gamme de molécules polaires. Les soi-disant résonances liées au champ se produisent dans la diffusion de molécules habillées par micro-ondes en raison d'états tétramères macroscopiques stables dans le potentiel intermoléculaire. Nous identifions deux résonances entre des molécules sodium-potassium à l'état fondamental ultrafroid et utilisons les fréquences micro-ondes et les polarisations pour régler le taux de collision inélastique de trois ordres de grandeur, de la limite unitaire jusqu'à bien en dessous du régime universel. La résonance liée au champ fournit un bouton de réglage permettant de contrôler indépendamment l'interaction de contact élastique et l'interaction dipôle-dipôle, que nous observons comme une modification du taux de thermalisation. Nos résultats fournissent une stratégie générale pour la diffusion résonante entre des molécules polaires ultra-froides, qui ouvre la voie à la réalisation de superfluides dipolaires15 et de supersolides moléculaires16, ainsi qu'à l'assemblage de molécules polyatomiques ultra-froides.

Les molécules polaires ultra-froides avec des moments dipolaires accordables constituent une plate-forme puissante pour les simulations quantiques17,18, le calcul quantique19,20 et la chimie ultra-froide21. Les résonances de diffusion sont des outils très recherchés dans ces systèmes, qui se sont révélés essentiels dans les expériences sur des atomes ultrafroids pour contrôler l'interaction de contact et pour créer des phases quantiques fortement corrélées22, ainsi que pour produire des molécules diatomiques ultrafroides1. Il a été prédit qu'un contrôle indépendant des interactions de contact et à longue portée dans les molécules ultra-froides permettrait la réalisation de nouveaux phénomènes quantiques tels que des gouttelettes exotiques auto-liées et des phases quantiques supersolides16. De plus, les mesures des résonances de diffusion fournissent une référence précise pour les calculs de la surface d’énergie potentielle moléculaire3,21 et ouvrent une nouvelle voie dans la chimie quantique contrôlée5.

Une résonance de diffusion se produit lorsque l’état de diffusion se couple fortement à un état quasi-lié. Selon que l'état quasi-lié est hébergé par le même canal ou par un canal différent de celui de diffusion, la résonance est classée respectivement comme une résonance de forme ou une résonance de Feshbach. Des résonances de forme et de Feshbach ont été observées dans des collisions atome-molécule et molécule-molécule en balayant l'énergie de collision à l'aide de faisceaux moléculaires à des températures Kelvin et inférieures à Kelvin. Dans le régime ultrafroid (submicrokelvin), les résonances de diffusion sont souvent induites par un champ électromagnétique externe qui déplace l'énergie relative entre l'état quasi-lié et l'état de diffusion1. Des résonances de Feshbach magnétiquement accordables ont été observées lors de collisions entre des molécules de Feshbach faiblement liées et récemment entre des molécules de NaLi dans l'état fondamental de triplet de spin. Cependant, le schéma de réglage magnétique essentiel aux résonances de Feshbach nécessite un spin électronique non nul et il est donc peu probable qu'il trouve une application pour les molécules bialcalies dans l'état fondamental de spin-singulet. L’état fondamental absolu spin-singulet des molécules bialcalines présente un intérêt particulier, car il s’agit du seul état à longue durée de vie dans lequel les molécules présentent de fortes interactions dipôle-dipôle électrique (DDI). De plus, on ne s'attend pas à ce que des résonances de Feshbach se produisent entre les molécules de l'état fondamental en présence d'une perte presque universelle, en raison de la forte densité d'états tétramères proches du seuil de collision et des mécanismes de perte associés aux complexes collisionnels . Une méthode générale pour réaliser des résonances collisionnelles de molécules dipolaires ultra-froides reste donc ouverte.