Enhanced Optical and Electric Manipulation of a Quantum Gas of KRb Molecules

این پایان نامه پیشرفت های قابل توجهی را در قابلیت های تجربی با استفاده از مولکول های قطبی فوق سرد توصیف می کند. در حالی که مولکول های قطبی فوق سرد یک پلت فرم ایده آل برای شیمی کوانتومی و فیزیک چند جسمی کوانتومی هستند، نمونه های مولکولی قبل از این کار در انحطاط کوانتومی شکست خورده بودند، تحت تأثیر واکنش های شیمیایی قرار گرفتند و هیچ مدرکی از فیزیک بدن های متعدد نداشتند. این محدودیت ها با بارگذاری مولکول ها در یک شبکه نوری برای کنترل و حذف برخوردها و در نتیجه واکنش های شیمیایی برطرف شد. این منجر به مشاهدات دینامیک اسپین چند جسمی با استفاده از حالت‌های چرخشی به عنوان یک شبه اسپین و تحقق مغناطیس کوانتومی با برهم‌کنش‌های دوربرد و همبستگی‌های قوی چند جسمی شد.
به‌علاوه، یک تکنیک "سنتز کوانتومی" بر اساس عایق‌های اتمی به نویسنده اجازه می‌دهند کسر پرکننده مولکول‌های شبکه را تا 30 درصد افزایش دهد، پیشرفت قابل‌توجهی که مربوط به ورود آنتروپی به ازای هر مولکول به رژیم انحطاط کوانتومی است و از آستانه نفوذی که در آن چرخش دوربرد نامیده می‌شود فراتر می‌رود. انتشار انتظار می رود.
در نهایت، این کار طراحی، ساخت، آزمایش و اجرای یک دستگاه جدید برای کنترل مولکول های قطبی را توصیف می کند. این دسترسی به موارد زیر را فراهم می کند: تشخیص و آدرس دهی مولکولی با وضوح بالا. میدان های الکتریکی ساکن بزرگ و همه کاره؛ و میدان‌های الکتریکی فرکانس مایکروویو برای هدایت انتقال‌های دورانی با قطبش دلخواه. علاوه بر این، بازده مولکول‌ها در این دستگاه بیش از 10^5 نشان داده شده است، که یک پیشرفت قابل‌توجه فراتر از دستگاه قبلی، و یک شرایط شروع عالی برای خنک‌سازی تبخیری مستقیم تا انحطاط کوانتومی است.

This thesis describes significant advances in experimental capabilities using ultracold polar molecules. While ultracold polar molecules are an idyllic platform for quantum chemistry and quantum many-body physics, molecular samples prior to this work failed to be quantum degenerate, were plagued by chemical reactions, and lacked any evidence of many-body physics. These limitations were overcome by loading molecules into an optical lattice to control and eliminate collisions and hence chemical reactions. This led to observations of many-body spin dynamics using rotational states as a pseudo-spin, and the realization of quantum magnetism with long-range interactions and strong many-body correlations.
Further, a 'quantum synthesis' technique based on atomic insulators allowed the author to increase the filling fraction of the molecules in the lattice to 30%, a substantial advance which corresponds to an entropy-per-molecule entering the quantum degenerate regime and surpasses the so-called percolations threshold where long-range spin propagation is expected.
Lastly, this work describes the design, construction, testing, and implementation of a novel apparatus for controlling polar molecules. It provides access to: high-resolution molecular detection and addressing; large, versatile static electric fields; and microwave-frequency electric fields for driving rotational transitions with arbitrary polarization. Further, the yield of molecules in this apparatus has been demonstrated to exceed 10^5, which is a substantial improvement beyond the prior apparatus, and an excellent starting condition for direct evaporative cooling to quantum degeneracy.