晶格可以分为电晶格、磁晶格、光晶格以及磁光晶格等。晶格能够在空间和时间上对冷原子或分子进行精确操控,并已应用到精密测量、量子计算等领域。目前一维、二维以及三维光晶格、磁晶格、磁光晶格已经全部在实验上或理论上被证明或提出。最近德国马普所的Meijer小组在芯片上实现了一种一维电晶格,并对晶格内分子内态进行了调控。随后,瑞士的Merkt小组在芯片表面实现了里德堡态原子的一维晶格。
最近,实验室冷分子小组提出了一种芯片表面二维静电晶格方案,该晶格可以实现对冷极性分子的三维囚禁,晶格的电场分布如图1所示,晶格的势阱中心距离芯片的高度约为10μm, 通过改变电压,势阱高度可在5.0-15.0μm的范围内调节。由于该晶格阱深较深,因此不仅可用于囚禁轻极性分子,比如ND3分子,而且还可以囚禁重极性分子,比如SrF分子。该二维晶格可应用于分子的绝热和非绝热冷却,如图2所示,也可用于研究分子与表面的相互作用。如果将该晶格与激光冷却或蒸发冷却等技术相结合还可以制备超冷分子甚至分子BEC。研究成果已发表于Phys. Rev. A 96.063416 (2017).
图 1 二维静电晶格在平行于芯片平面内(a)以及在垂直于芯片平面内(b)的电场分布。
图 2 (a) 通过Monte-Carlo模拟得到的晶格中ND3分子绝热和非绝热冷却的情况;
(b) 在绝热过程中晶格中ND3分子的温度与电极电压的依赖关系。