简介Sympathetic cooling of complex molecules

miles — Fri, 05 Jan 2007 02:16:03 -0800

Physical Review Letters 在06年12月15号刊发了我们小组的一篇关于采用sympathetic cooling方法冷却Alexa Fluor分子低于100mK的文章(Phys. Rev. Lett. 97, 243005)，并且被Physical Review Focus选中http://focus.aps.org/story/v18/st20。我在这里做一个简介。

分子冷却是量子光学里一个重要分支，冷却的分子有助于我们研究低温下的分子与分子，分子与原子及与其他的相互作用，尤其是低温下精确的分子光谱有助于研究分子结构与化学过程。利用激光冷却的方法，并辅以其他技术，原子可以轻松突破多普勒限制被冷却至uK甚至nK量级。但是，分子不像原子那么容易被冷却。由于振动和转动能级的存在，激光冷却的方法几乎不可行，尤其是对大分子。现在有很多小组利用光缔合冷却的原子来产生冷却的分子（低于4个原子的分子），对极性分子进行Stark减速并筛选出冷分子, 利用buffer gas，或者superfluid droplets来冷却，这些分子还是限制于简单，特定的分子。我们真正需要大量研究的是大分子，比如蛋白质或其他的生物分子。

我们现在做的是利用激光来冷却电离的原子，再利用冷却的离子通过长程库伦力来冷却带同种电荷的大分子（sympathetic cooling）。大分子通常不稳定，电子轰击或者光电离的方法来电离它，通常得到的是分子碎片。我们利用了现在成熟的质谱技术中的电喷雾软电离的方法来得到离子化的大分子。我们利用这种sympathetic cooling 技术成功的把分子量为410的Alexa Fluor @350 分子冷却到低于100mK的温度。理论上讲任何分子都可以通过这种方法被冷却。实验中，分子和被激光冷却的离子挨的越近越容易被冷却，但是分子量越大，离得越远。这种情况下我们可以给分子带两个或更多的电荷使他们挨的近，这是我们接下来要做的。当前我们正在尝试另一种大分子叫甘草次酸，一种中药成份，分子量为471。

低温下各个离子团的参数（如温度，粒子数）是没法测量的，实验中我们只能得到被激光冷却离子的ＣＣＤ图像，通过分子动力学模拟(molecular dynamics simulation)的方法模拟这些ＣＣＤ图像我们可以相对准确得到被激光冷却离子团的参数，但是模拟的大分子团簇的准确性不是那么太高，只能给出个范围。

附件是模拟的图像（端视图），绿的是大分子，蓝的是激光冷却的Ｂａ离子，红的是Ba离子的同位素

激光