CaOH分子的光学镊子阵列。a，CaOH镊子阵列的平均图像，通过对分子进行50 ms的成像，并在实验序列的数百次迭代中取平均值。比例尺，5 μm b，以 31%（橙色）和 13%（紫色）的平均加载概率收集 15 ms 持续时间镊子图像的荧光直方图。插图，按上样率归一化（范数）的直方图，表明上样分子峰的形状不随上样概率而变化。图片来源：自然（2024 年）。DOI： 10.1038/s41586-024-07199-1

哈佛大学的一组物理学家首次成功地将单个多原子分子捕获在光学镊子阵列中。在他们发表在《自然》杂志上的论文中，该小组描述了他们如何实现这一壮举以及可能的用途。研究简报还在同一期刊上描述了他们的工作。

将原子冷却到非常冷的温度可以控制它们的能量状态，这反过来又导致了几种技术的发展，例如原子钟。物理学家怀疑对分子做同样的事情可以提供类似的结果，但由于涉及额外的因素，如旋转和振动，这样做已被证明是一个巨大的挑战。

在只有两个原子的分子中已经取得了一些成功，但那些具有更多原子的分子却很麻烦。在这项新的研究中，研究小组找到了一种方法来控制一种具有三个原子的分子——CaOH。

为了控制单个分子，研究人员首先在冷却至略低于100微开尔文的真空室中分离出其中的几个分子，然后使用光学镊子（激光）阵列将它们分离，使团队能够将精力集中在单个分子上。这使他们能够操纵分子进入量子基态。

一旦实现了这一点，该团队就设计了一种对单个分子进行成像的方法，这证明了给定的镊子在不破坏他们正在研究的分子的情况下被加载。这样做涉及使用额外的激光器，尽管研究小组发现他们必须以特定的方式调整它们，以减轻激光束相互作用与分子结构之间的干扰。

然后，研究人员迫使分子进入所需的量子态，这使他们能够控制其振动，旋转和核自旋。然后，他们再次对分子进行成像，以更多地了解他们的操作结果。

研究小组表示，他们的技术可以与其他三原子分子一起使用，为多原子分子研究开辟了新的途径。

更多信息：Nathaniel B. Vilas 等人，超冷多原子分子的光学镊子阵列，《自然》（2024 年）。DOI： 10.1038/s41586-024-07199-1

控制量子应用光学阵列中的单个多原子分子，《自然》（2024）。DOI： 10.1038/d41586-024-01009-4

期刊信息： Nature