8 апреля 2020

Ученые ПИЯФ нашли новые подходы для получения холодных молекул

Курчатовский институт Курчатовский институт

Ученые НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ провели комплексный теоретический анализ электронной структуры ряда молекул, который открыл новые перспективы в научном направлении, связанном с лазерным охлаждением молекул. Обзор ряда работ ученых НИЦ КИ – ПИЯФ и их зарубежных коллег по данной тематике былопубликован в журнале "Успехи Физических Наук".

Охлаждать атомы до сверхнизких температур начали еще в 70-х годах XX века. Методы лазерного охлаждения позволили ученым достичь полного квантового контроля над атомами в ловушках и получить ряд выдающихся научных и прикладных результатов. Среди них – достижение нового состояния вещества – конденсата Бозе-Эйнштейна на атомах, за открытие которого в 2001 году была вручена Нобелевская премия по физике, создание ультрапрецизионных атомных часов и многое другое.

"Естественным дальнейшим развитием данного направления в спектроскопии был бы переход от атомов к молекулам, как к системам, имеющим существенно более широкий спектр свойств и открывающим путь к новым областям исследований, – пояснил старший научный сотрудник лаборатории квантовой химии НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ Тимур Исаев. - К сожалению, следующий шаг - полный квантовый контроль над молекулами - гораздо более сложная задача".

Долгое время считалось, что методы лазерного охлаждения не применимы к молекулам в принципе. Однако в 2004 году было замечено, что существуют двухатомные молекулы, для которых использование такого метода возможно, а в 2010 году удалось впервые охладить двухатомную молекулу монофторида стронция.

Учеными лаборатории квантовой химии НИЦ "Курчатовский институт" - ПИЯФ был сделан следующий шаг в данном направлении - предложены классы многоатомных молекул, для которых также применимо прямое лазерное охлаждение.

"Проведенный нами анализ электронной структуры показал, что охлаждать лазером можно также сложные многоатомные молекулы, что ранее считалось невозможным. Существуют очень обширные и перспективные области применения ультрахолодных многоатомных молекул, на что мы указываем в нашем новом обзоре",

- отметил Тимур Исаев. Это послужило отправной точкой: мировые исследовательские группы приступили к экспериментальной проверке теоретического предложения, что незамедлительно увенчалась успехом. Исследователям из Гарварда удалось охладить молекулы SrOH до температуры 750 микрокельвинов. Таким образом, обоснование применимости методов лазерного охлаждения к многоатомным молекулам открыло новое направление в области молекулярной спектроскопии.

По словам Тимура Исаева, сейчас ученые уже работают над охлаждением молекул, состоящих из шести атомов и более. Если этот метод удастся масштабировать на более сложные системы, то в перспективе он позволит не только охлаждать молекулы, но и с высокой точностью менять характеристики материалов. Это откроет возможности для создания новых устройств, использующих не доступные до сих пор квантовые эффекты.

Петербургский институт ядерной физики имени Б.П.Константинова (ПИЯФ) был основан в 1956 году как филиал знаменитого Ленинградского физтеха и в 1971 году стал уже самостоятельным институтом, носящим имя своего основателя. В институте проводятся фундаментальные научные исследования в области физики элементарных частиц и высоких энергий, ядерной физики, физики конденсированных сред, молекулярной и радиационной биофизики. Кроме того, ведутся исследования в прикладных областях, где применение самых передовых научных решений приводит к принципиально новым разработкам в области приборостроения, медицины и экологии. В институте действуют две базовых экспериментальных установки - реактор ВВР-М и протонный ускоритель. В настоящее время ПИЯФ организационно подчинён Курчатовскому институту