中性分子

中性分子是指不顯磁性電性的分子。分子四周的電子有的繞單個原子核公轉，有的同時繞分子中所有核轉（共軛現象）。電子是一個負電荷，其自旋和繞核公轉都會根據右手定則產生相應方向的洛倫茲力（微觀磁力）。當分子中的每個核，其環繞電子自旋產生磁場剛好互相抵消時。若環繞整個分子的電子自旋產生電磁場亦剛好抵消時（即分子中不帶極性鍵或極性鍵剛好對稱而互相抵消），這個分子就不顯磁性電性。中性分子組成的材料常用作絕緣材料。

基本介紹

• 中文名：中性分子
• 外文名：The neutral molecules
• 性質：分子
• 領域：物理學
• 套用：絕緣材料

概念

碰撞

中性分子不是在任何情況下都不顯電性。當中性分子互相碰撞時，由於外層（繞整個分子）的電子的公轉受影響，會出現瞬間的電磁性。

強電磁場

中性分子處於強電場中時，其外層電子受電場作用，朝向與外電場方向相反的方向運動（電子帶負電荷），從而導電，即為擊穿。

中性分子

中性分子處於強磁場中時，其與外界磁場方向相同電子的公轉速度會變慢，而與外界磁場方向相反電子的公轉速度會變快，從而產生反磁力。

大分子有機物

部分長鏈有機物大分子由於共軛作用的原因，只有抗磁性，而還具有導電性，是一種特殊的中性分子。

中性分子的雷射聚焦與靜電導引

隨著在中性原子的雷射冷卻和囚禁方面取得巨大進步，人們獲得了溫度超低的冷原子樣品，在這個基礎上實現了原子氣體中BEC、原予晶片、原子雷射、光速減慢等一系列實驗。由於超冷分子可用於基本物理問題的研究、基本物理常數的精密測量、分子波包動力學的相干操控、分子冷碰撞性質的實驗研究、光學頻標精度的改善、超冷分子鐘、無都卜勒展寬(超高解析度)分子光譜學、非線性超冷分子光譜學、超冷分子拉曼光譜學、分子物質波干涉計量術、納米分子束刻蝕術及其納米新材料的研製等。因此，有關中性分子的冷卻、囚禁與操控的研究有著十分重要的科學意義和廣闊的套用前景。

雷射冷卻

雷射冷卻的基本條件是：(1)必須存在一個簡單的多能級系統(如二能級或三能級系統)；(2)在這個多能級系統中，光子的“吸收-輻射”躍遷循環必須是封閉的；(3)這一躍遷循環過程必須是耗散的，並且是可以多次重複的。由於中性原子在共振或近共振光場中較為穩定，而且能級簡單，採用一個或兩個雷射束就能滿足上述雷射冷卻條件，在大量的躍遷循環過程中實現光子與原子間動量的有效交換，從而導致原子運動速度的降低(原子溫度冷卻)，原子冷卻溫度已達約0.5nK。

雖說雷射囚禁與操控中性分子已有不少成功的實驗報導，但是有關中性分子的雷射冷卻尚未取得突破性進展。其原因主要有： (1)由於分子能級相當複雜，即使是最簡單的雙原子分子，除了電子能級外，還有分子的振動與轉動能級，因而難以用一個或兩個雷射束來滿足上述雷射冷卻要求的重複躍遷條件； (2)由於從分子激發態到電子基態的其他振動能級的離共振螢光躍遷是不可避免的，阻礙了分子與光子間動量的有效交換； (3)分子在近共振光場中容易被光分解，導致分子的不穩定。

聚焦空心光束

當一束空心光束被透鏡聚焦後，由於透鏡的衍射效應和聚焦光的相長干涉效應在焦點附近將形成一高斯光斑。然而，如果一束高斯光束甚至一束空心光束通過一塊特殊的2π位相板後被透鏡聚焦，則聚焦光束不僅在焦點附近是中空的，而且由於光軸上的相消干涉，光束的其他部分也是中空的，因而這樣的光束稱為聚焦空心光束。因為這種空心光束在它的焦平而上有很小的DSS，它能夠用來聚焦原子束(分子束)以形成原子(分子)透鏡。由於在焦點處的光強相當大，而H焦點附近具有很高的強度梯度，故通過Sisyphus強度梯度冷卸可實現導引原子的雷射冷卻，還可以用於研究冷原子在聚焦空心光束中的絕熱壓縮和絕熱膨脹的過程。

由2π位相板產生的聚焦空心光束在焦點附近有很大的強度梯度，在這種藍失諧聚焦空心光束中產生的Sisyphus冷卻效果會更明顯，這種光束還可以研究冷原子的絕熱壓縮和絕熱膨脹效應；在焦平面上，聚焦空心光束的DSS越小，光學勢越大，對應的最佳失諧量d越大，越有利於形成原子透鏡。因為這不僅容易得到較高解析度的原子透鏡，而且還可以減少聚焦空心光束中原子的自發輻射和光子散射效應。分子在焦點附近受到很大的光學勢，光場偶極力也遠大於分子所受的重力。當分子的平動溫度比較低時，在聚焦空心光束中可以實現對冷分子的光學導引、聚焦、囚禁與操控，甚至構成分子透鏡。

極性冷分子的靜電錶面導引

由於Stark效應，極性分子在非均勻電場中運動時將受到電場偶極力的作用，這一偶極力指向電場強度最小處還是指向電場強度最大處，完全依賴於分子處於弱場搜尋態還是強場搜尋態。因此可以將極性分子的靜電導引分成兩種模式：強場搜尋態分子的靜電導引和弱場搜尋態分子的靜電導引。由於處於KepIer軌道上的分子的數目很少，所以這種分子導引的效率非常小。然而，絕緣介質表面產生的空心靜電導管可以沿著z方嚮導引弱場搜尋態的極性分子，可以得到較高的導引效率。當導體棒之間的半寬度a較小，半徑r₀較大，與接地平板之間的距離b較小時，導引電壓越大，最大橫向有效囚禁勢W(y)_effective越大，對極性冷分子的橫向約束就會越緊，在空心靜電導管中導引冷分子的平均直徑(也即平均橫向運動範圍)越小。