物理学家观察三叶虫里德伯分子

莱茵兰-普法尔茨凯泽斯劳滕-朗道工业大学的物理学家团队在各种频率范围内制备了铷中的纯三叶虫分子，并表征了它们的结合能、寿命和偶极矩。

“在超低温下创造可控分子为设计超冷量子化学反应以及基础物理和对称性测试提供了一条途径，”资深作者赫维格·奥特教授及其同事说。

“具有相当大电偶极矩的分子可以通过外部电场控制，使它们成为量子信息处理和强相关多体系统生产的候选者。”

“对于具有多种振动状态的偶极分子，已提出电场脉冲来创建叠加态并观察相干波包动力学。”

“超长程里德伯分子是在超冷环境中创建此类偶极分子的平台。”

在他们的实验中，物理学家使用了在超高真空中冷却至约 100 微开尔文(绝对零以上 0.0001 度)的铷原子云。

随后，他们使用激光将其中一些原子激发到里德伯态。

“在这个过程中，最外层的电子在每种情况下都会被带入原子体周围的遥远轨道，”奥特教授说。

“电子的轨道半径可以超过一微米，使得电子云比小细菌还要大。”

“这种高度激发的原子也在星际空间中形成，并且具有极高的化学反应性。”

“如果基态原子现在位于这个巨大的里德伯原子内，就会形成一个分子。”

“虽然标准化学键具有共价、离子、金属或偶极性质，但三叶虫分子是通过完全不同的机制结合的。”

该研究的第一作者 Max Althön 博士说：“基态原子中的里德伯电子的量子力学散射将两者粘在一起。”

“想象一下电子围绕原子核快速旋转。在每次往返中，它都会与基态原子碰撞。”

“与我们的直觉相反，量子力学告诉我们，这些碰撞会导致电子和基态原子之间产生有效的吸引力。”

“这些分子的特性令人惊叹：由于电子的波动性，多次碰撞会产生看起来像三叶虫的干涉图案三叶虫< a i=2>。”

“此外，分子的键长与里德伯轨道一样大——比任何其他双原子分子都大得多。”

“而且由于电子被基态原子强烈吸引，永久电偶极矩非常大：超过 1,700 德拜。”

研究发表在期刊Nature Communications .