由於其豐富的內部結構，超冷多原子分子為冷化學、精密測量和量子信息處理提供了機會。然而，與雙原子分子相比，它們的複雜性增加了，這對使用傳統冷卻技術提出了挑戰

      2024年1月31日，中國科學院理論物理研究所石弢及德國馬普學會量子光學研究所羅鑫宇共同通訊在Nature 在線發表題為“Ultracold field-linked tetratomic molecules”的研究論文，該研究展示了一種通過電場連接共振在微波修飾極性分子的簡並費米氣體中通過電締合産生弱束縛超冷多原子分子的方法。

      從基態NaK分子開始，在134(3)nK的溫度下創造了大約1.1 × 103個弱結合四原子(NaK)2分子，其相空間密度為0.040，比以前實現的四原子分子低3000多倍。觀察到四聚體在自由空間的最大壽命為8(2)ms，在光學偶極子阱的存在下沒有明顯的變化，表明這些四聚體是碰撞穩定的。此外，通過微波場調製直接成像解離的四聚體，以探測其波函數在動量空間中的各向異性。該研究結果展示了一種從較小的極性分子組裝弱束縛超冷多原子分子的通用工具，這是朝着多原子分子的玻色-愛因斯坦凝聚和從偶極Bardin-Cooper-Schrieffer超流體到玻色-愛因斯坦四聚體凝聚的新交叉邁出的關鍵一步。此外，長壽命的場連接態為確定性光轉移到深度結合的四聚體態提供了理想的起點。

      分子錶現出豐富的內部和外部自由度，只有在超冷溫度(<1 mK)下才能完全控制。例如，在定義良好的量子態下製備的超冷分子可以在前所未有的水平上研究量子動力學、具有狀態對狀態控制的化學反應和量子散射。偶極分子中高度可調的遠程相互作用也産生了多體現象，如奇異的偶極超固體和p波超流體。此外，超冷多原子分子已經成為各種應用的強大&&，包括超標準模型物理測試、非平衡動力學測試和量子信息處理測試，因為它們比雙原子分子具有更多的自由度。

      最近在分子冷卻領域取得了顯著進展，使雙原子偶極分子的超冷氣體中的量子簡並成為可能。然而，對於較大的分子，由於其增加的複雜性和不利的碰撞特性，達到超冷狀態仍然具有挑戰性。直接冷卻技術，如緩衝氣體冷卻、超音速膨脹、光束減速、冷凍和光電西西弗斯冷卻，只能勉強達到超冷溫度。激光冷卻較大的多原子分子是一個活躍的研究領域。

      儘管對稱的頂部分子已經在一維空間中被激光冷卻了，但對於大分子(四原子或更大)的激光冷卻在三維空間中的效率如何，以及是否能達到低於亞微開爾文的溫度，還有待觀察。最近，超冷分子的Feshbach共振磁結合已擴展到100 nK狀態下的弱結合三原子NaK2分子，其中分子繼承了原子-雙原子分子混合物的低溫。然而，這種技術需要在碰撞夥伴之間有可分辨的費什巴赫共振。對於較大的多原子分子，大量的中間碰撞態及其在近距離的快速損失機制導致了幾乎普遍的碰撞損失率，從而防止了這些費什巴赫共振的發生。

場連接四聚體的電締合（圖源自Nature ）

      該研究展示了一種以前未知的和一般的方法，通過電結合較小的極性分子來形成弱結合的超冷多原子分子。在微波修飾態的費米子NaK分子對中通過場連接散射共振使微波場加速，從而産生超冷四原子(NaK)2分子。這種方法得益於場連接共振的普適性，可以應用於任何具有足夠大偶極矩的分子。研究人員在解離閾值附近測量了高達8(2)ms的場連接四聚體的壽命，並實現了0.040(3)的相空間密度。通過飛行時間後的微波場調製解離，可以直接對四聚體進行成像，並顯示出預期的各向異性角分佈。該研究已經創建並表徵了場連接四原子(NaK)2分子，這是迄今為止在100 nK狀態下獲得的第一個四原子分子。由於場聯共振的普遍性，該方法可以推廣到廣泛的極性分子，包括更複雜的多原子分子。該研究提供了一種組裝弱束縛超冷多原子分子的通用方法，並為研究幾種量子多體現象開闢了可能性。