武汉物数所合作在冷分子离子研究中取得新成果
中国科学院武汉物理与数学研究所童昕研究员与瑞士巴塞尔大学Stefan Willitsch教授合作，在国际上首次观测到带电分子体系（氮分子离子）中“禁阻”跃迁光谱。相关成果发表于2014年11月的《自然·物理》（Nature Physics）杂志上，并配发“新闻与观点（News and Views）”评论。
光谱学作为研究物质的光谱产生及其与光之间的相互作用的学科，为探索分子体系性质提供了最重要的手段。由于分子体系内的量子化能级导致了分子只能吸收或辐射特定波长的光波，这就产生了所谓的能级跃迁。在某些情况下，分子体系中的两个能级之间的跃迁可能是不被允许的，通常被称为“禁阻”跃迁。然而这种“禁阻”并不是绝对的，通过超灵敏的测量方法，“禁阻”跃迁还是有可能被观测到。“禁阻”跃迁的光谱信号虽然很弱，但是由于其谱线具有极窄的线宽，对其测量的精度是通常的偶极跃迁精度远远达不到的，因此“禁阻”跃迁对于实现超高精度的光谱测量有着重要的意义。
在实验中，童昕研究员与Stefan Willitsch教授领导的研究团队通过光电离的方法，首先将N2+分子离子制备在特定的分子内能态上。同时，利用激光冷却，使超冷钙原子？离子形成一种有序结构，即“库伦晶体”。特定内能态的分子离子在植入库伦晶体后，其温度可被冷却到仅高于绝对零度千分之几摄氏度，从而被固定于实验室坐标空间中。冷却后的分子体系处于一个与外界隔绝的、无干扰的超冷环境中，使之与光的相互作用时间被大大延长，进而，利用高能激光激发并观测到“禁阻”跃迁。
该项研究成果展示了对于分子体系内禀性质的高精度测量、基于分子体系的超精密光钟和以分子为载体的量子信息处理等领域的应用前景。同时，该项研究也为利用高精度分子光谱检验基本物理概念（例如检验自然物理常数是否是随时间衍化）提供了新的思路。
该工作得到了中国科学院“百人计划”项目和国家基金委面上项目的大力支持。
图：Ca+/N2+双组份库伦晶体
