位置:成果数据库 > 期刊 > 期刊详情页
亚声速NH3分子束静电Stark减速的理论研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O613.61[理学—无机化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]华东师范大学,精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:10674047,10804031,10904037,10974055,11034002,11274114); 国家重点基础研究发展计划(批准:2006CB921604,2011CB921602); 上海市基础重点项目(批准号:07JC14017); 上海市重点学科建设项目(批准号:B408)资助的课题
中文摘要:

本文基于自行研制的第二代(180级)静电Stark减速器,展开了对NH3的有效减速与冷却的理论研究.首先,计算了NH3分子在|J=1,K=1〉量子态的Stark分裂,研究了不同的同步相位角下,减速器中NH3分子的纵向相空间稳定区域;接着,采用Monte-Carlo方法研究了该分子在传统工作模式下的减速效果,并讨论了该减速模式下多个参数(包括每级损失动能、分子波包末速度和相对减速效率)与同步相位角的依赖关系,以及减速波包末速度与减速电压的关系,研究发现:采用传统的Stark减速模式,当减速电压为±13 kV、同步相位角Φ0=26.08°时,即可实现NH3从280 m/s到6.7 m/s的有效减速,对应平动动能减少了99.9%,其波包温度由1.34 K降至80 mK;最后,研究了先聚束后减速模式下NH3分子的减速效果,以及该减速模式下减速波包末速度与同步相位角的依赖关系,结果表明:当减速电压为±6.5 kV,采用前15级电极作为聚束电极,后165级作为减速电极时,可将NH3分子波包的中心速度由280 m/s减至20.7 m/s,平动动能减少了99.4%,温度由1.34 K降至1.6 mK,与传统减速模式相比,冷分子波包温度降低至1/50.由此可见,采用180级的传统Stark减速器完全可以实现具有较低Stark势能的NH3分子的有效减速与冷却,并获得温度约为1mK的冷分子波包,为进一步的实验研究提供了可靠的理论依据.

英文摘要:

In this paper, we investigate theoretically the Stark deceleration and cooling of subsonic NH3 molecular beams based on our second-generation electrostatic Stark decelerator with 180 stages. Firstly, we calculate the Stark shifts of NH3 molecules in the|J =1, K =1〉states and show the stable area of longitudinal phase space for different synchronous phase angles. Secondly, we study the slowing performance of NH3 molecular beams in the traditional mode, and discuss the relationships between various parameters (such as the kinetic energy loss per stage, final velocity and the slowing efficiency) and the synchronous phase angle φ0, as well as the dependence of final velocity on the applied voltages. It is found that a subsonic NH3 molecular beam can be decelerated from 280 to 6.7 m/s at φ0 = 26.08° when the high voltages applied on the electrodes are ±13 kV, corresponding to a removal of 99.9% kinetic energy. The translational temperature of the molecular packets in the moving frame is significantly reduced from 1.34 K to 80 mK. Finally, we study the slowing performance of NH3 molecules and the dependence of final velocity on the synchronous phase angle in an alternate operation mode. In this mode, a synchronous phase angleφ0=0°is chosen to bunch the molecules by using the first 15 stages. The remaining 165 stages are then used to slow a subsonic molecular beam at a certain synchronous phase angle. Our result shows that a molecular beam with a mean velocity of 280 m/s can be decelerated to 20.7 m/s at φ0 =65.4° when the voltages applied are ±6.5 kV, indicating a 99.4% kinetic energy removal, and the translational temperature of the molecular packets can be reduced from 1.34 K to 1.6 mK. By comparing the results obtained from the two operational modes, the temperature of the slowed molecular packet in the alternate mode is 50 times lower than that in the traditional mode. It is shown that our second-generation 180-stage Stark decelerator can effectively produce slow and cold molecules with relatively

同期刊论文项目
同项目期刊论文
期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876