近日，我院理论物理团队与中南大学超快量子调控研究组合作研究了精准调控腔场内单个三态分子取向问题。分别推导了基频腔和倍频腔与分子三个最低转动态强耦合产生最大分子极化子取向的脉冲面积定理及其对应的脉冲场最优振幅和相位条件，相关成果以“Maximizing orientation of a three-state molecule in a cavity with analytically designed pulses”为题发表在国际著名物理学期刊《Physical Review A》（自然指数期刊）上，我院理论物理团队樊丽宝博士为论文第一作者，中南大学超快量子调控研究组束传存教授为论文通讯作者。

   

图1：(a)复合脉冲驱动的分子极化子示意图。(b)分子转动能级和(c)腔场能级图。(d)基频腔与三能级单分子的最低两个转动态强耦合的本征能级图。(e)倍频腔与三能级单分子的最低两个转动激发态强耦合的本征能级图。

在分子物理与量子光学的交叉领域，对分子极化子的精确操控一直是极具挑战性的前沿课题。本研究从理论上探索了通过将单个分子最低三个转动态与单模腔的强耦合来精确控制分子极化子。研究了两种不同的腔共振结构：与最低两个转动态共振的基频腔和与第一和第二激发转动态耦合的倍频腔。基于这两种极化子构型提出了两种控制方案，并解析推导出相应的脉冲面积定理，以实现0.7746的理论最大取向，与没有腔的裸分子相同。在基转动态的羰基硫(OCS)分子中分析了这些控制方案。数值模拟结果证明了理论控制方案，并分析了分子极化子取向度对控制场带宽和相位的敏感性。该研究成果为实现腔内超冷分子的最大无场取向提供了极具价值的参考。

本研究得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金等项目的资助。

文章链接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.111.033119

（ 图文/郭裕 一审/丁开和 二审/刘斯 三审/张国强）