极性分子在斯塔克减速器中的轨迹模拟

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当分子系统的温度降低时,分子德布罗意波长增大。当温度降低到某一特定值时,德布罗意波长将与平均分子间距相当,甚至更大。在这种情况下,量子效应开始发挥重要的作用,即分子不能用经典的粒子模型来描述[1,2]。另一方面,在分子中实现低温可以允许在更高精度上测量分子的基本性质,这是当前的一个前沿性研究,旨在发现超越现有标准模型的新物理[3,4]。此外,最近出现了使用冷分子作为量子比特[5]来进行量子计算的建议。基于这些已经进行的或者潜在的研究建议,将分子冷却到不同的最终温度,已经成为一个不断快速增长的研究领域。然而,在冷却分子的过程中不可避免的会导致分子数量的减少,从而降低冷却技术的应用性。为此,本论文通过理论数值计算模拟了分子在斯塔克减速器中的运动轨迹,并提出了一种提高减速效率的新型电极开关序列来操作减速器。通过数值模拟,并进行对比分析我们所提出的新方案可以发现如下现象:(一)在普通电极开关序列的基础上我们提出了一种新的电极开关序列,即在电极上分别加正正高压和负负高压,并对比模拟了分子在普通开关以及改进后的开关还有Reens等人[6]所提出的开关序列中的飞行轨迹。通过对比发现,改进后的开关序列可以使得更多的分子被冷却,进而提高了我们的减速效率,为更进一步研究冷分子的相关物理现象奠定了基础。(二)在普通的电极开关和改进后的电极开关上,我们模拟了NH,CH,OH的减速过程,并对比分析了改进电极开关序列前后的效率。除此之外,我们还计算了NH,CH,OH在不同横向速度扩展以及横向空间扩展的情况下的减速情况,通过计算发现对于不同的横向空间扩展,改变后的电极开关所提高的效率大体一致。
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