Efficient detection of cold polar molecules via Rydberg atoms
Final Report Abstract
Das Ziel des DFG Projekts war die Untersuchung von Wechselwirkungen zwischen Rydbergatomen und polarer Moleküle. Hierbei bestand ein Schwerpunkt darin, diese Wechselwirkungen zu verwenden, um Moleküle effizient nachzuweisen. Polare Moleküle sind Moleküle mit einer ungleichen Verteilung der elektrischen Ladungen im Molekül. Wenn sich so ein Molekül dreht, bewegen sich die Ladungen im Molekül hin und her, so das elektromagnetische Energie abgestrahlt werden kann, ähnlich wie durch eine Radioantenne. Rydbergatome hingegen sind aufgeblasene Atome: eines der Elektronen im Atom wird weit angeregt, sodass es sich im Schnitt weit vom Atomkern befindet. Durch die große Entfernung zwischen angeregtem Elektron und Atomkern ist das Elektron nur noch sehr schwach an den Atomkern gebunden, wodurch das Rydbergatom sehr sensitiv auf äußere Einflüsse reagiert. Nicht zuletzt reagiert das Rydbergatom auf die ungleiche Ladungsverteilung im polaren Molekül, d.h. es gibt eine Wechselwirkung. Wenn die Rotationsfrequenz des Moleküls nun genau der Frequenz entspricht mit der das angeregte Elektron im Rydbergatom um den Atomkern kreist, kann durch die Wechselwirkung zwischen den Systemen ein resonanter Energieaustausch stattfinden: Rotationsenergie des Moleküls wird auf das Rydbergelektron übertragen oder andersherum. Im Laufe des Projekts wurde eine experimentelle Apparatur aufgebaut mit der der beschriebene resonante Energieaustausch untersucht wurde. Hierbei ist zum Beispiel interessant, dass von außen angelegte elektrische Felder den Energieaustausch beeinflussen. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Wechselwirkung tatsächlich dazu nutzen lässt, um Moleküle effizient nachzuweisen.
Publications
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High-Resolution “Magic”-Field Spectroscopy on Trapped Polyatomic Molecules. Physical Review Letters, 127(17).
Prehn, Alexander; Ibrügger, Martin; Rempe, Gerhard & Zeppenfeld, Martin
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Electric-Field-Controlled Cold Dipolar Collisions between Trapped CH3F Molecules. Physical Review Letters, 128(20).
Koller, M.; Jung, F.; Phrompao, J.; Zeppenfeld, M.; Rabey, I. M. & Rempe, G.
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Rydberg Atom-Enabled Spectroscopy of Polar Molecules via Förster Resonance Energy Transfer. The Journal of Physical Chemistry Letters, 13(46), 10728-10733.
Patsch, Sabrina; Zeppenfeld, Martin & Koch, Christiane P.
