超冷nS铯里德堡原子的长程相互作用

【摘要】：里德堡原子是外层电子被激发且主量子数很大的高激发态原子。与基态原子相比,具有很多独特的性质。比如寿命长(～n3),能级间隔小(～n-3),电偶极矩(～n2)大,原子间具有很强的长程相互作用。极化率大(～n7),极易受到外场的影响,可以通过外场调节原子的能级以及原子间的相互作用。早期里德堡原子的研究主要在热原子样品中进行,但是热环境中具有热运动大,多普勒展宽等诸多局限性。随着激光冷却和俘获技术的完善,利用该技术制备超冷里德堡原子,其温度达μK量级,几乎可以看作是静止的,这时里德堡原子的动能远远小于其相互作用的势能,从而可方便研究里德堡原子的长程相互作用以及激发阻塞效应。 由于里德堡原子的极化率很大,极易受到外电场的影响,因而我们可以通过调节外电场达到操控里德堡原子相互作用的目的。寿命很长,可以在微秒范围内研究它们之间的相互作用。里德堡原子之间强偶极-偶极相互作用和van der Waals相互作用,使原子能级发生平移进而产生激发阻塞效应,利用这种效应可以实现单里德堡原子的激发,使里德堡原子成为构建量子逻辑门和量子存储的备选介质。里德堡原子成为人们研究的热点。 本文的主要工作是在获得超冷铯原子的基础上,利用双光子激发获得超冷nS铯里德堡原子。通过脉冲场电离的方法以及微通道板探测技术获得里德堡原子之间相互作用产生的离子信号和原子信号来研究超冷nS态铯里德堡原子的长程相互作用。改变相互作用时间以及激发光的脉冲宽度来观察其离子信号和原子信号的变化趋势,研究其长程相互作用和激发阻塞效应,实验结果与理论相一致。本文的创新工作分为如下几个部分： 1、实验上通过改变nS态超冷铯里德堡原子的相互作用时间以及激发光的脉冲宽度来研究超冷铯里德堡原子的电离特性,获得了超冷铯里德堡原子向超冷等离子体的转化,并对其初始电离机制进行了分析。针对70S超冷铯里德堡原子的电离率进行了计算,实验结果和理论一致。 2、实验上通过改变激发光的强度和脉冲宽度对nS态超冷铯里德堡原子的激发阻塞效应做了系统的研究,获得了nS(60-70)超冷铯里德堡原子的激发阻塞效应,得到了激发阻塞效应与拉比频率以及基态原子密度之间的关系,并利用相互作用的理论模型解释了实验结果。