NaK分子实验的真空室。图片来源：马普所 [5]
为了克服这个障碍，研究者想到了一个有趣的解决方案——引入电磁场给分子加一层“能量罩”，避免它们像磁铁一样“吸”在一起。“我们使用强的旋转微波场创建了这种能量罩”，Andreas Schindewolf说，“旋转微波场使分子以更高的频率旋转”。[5] 当两个分子彼此靠近时，额外的能量迫使它们对齐，碰撞交换动能，随后相互排斥并迅速再次分离。这种被称为“microwave shielding（姑且译作“微波屏蔽”）”的策略就是本文的关键所在。
钠激光系统产生黄光，用于激光冷却和钠原子成像。图片来源：马普所 [5]
微波场由螺旋天线产生，放置于光阱下方，主要发射σ-极化微波。NaK气体分子被最多三个具有指定波长的光偶极阱所限制。此外，在电磁场的影响下，分子之间产生了强而长程的电相互作用。与没有旋转微波场的情况相比，它们的碰撞频率要高得多，平均每个分子约500次。这足以通过蒸发将气体冷却到接近绝对零度。
微波屏蔽装置图及屏蔽效果。图片来源：Nature
蒸发冷却的性能会受到弹性碰撞与非弹性碰撞率之比的限制。分子由超冷原子通过Feshbach共振和随后的受激拉曼绝热路径（STIRAP）形成绝对基态。研究者分别测量了800 nK温度下，气体中分子的弹性与非弹性碰撞速率系数。通过微波屏蔽，二者之比最大可以超过1000，这种碰撞参数有助于将NaK分子冷却到0.4倍费米温度以下。
弹性和非弹性碰撞。图片来源：Nature
通过蒸发冷却，研究者将NaK分子的温度降低到了~21 nK，对应于临界费米温度的~36%，位于量子简并区深处，简并分子样品的寿命高达0.6 s。费米温度标志着一个极限，低于这个极限，量子效应将主导气体的行为。
蒸发冷却。图片来源：Nature
这一结果可能对量子效应和量子物质的研究产生深远影响。“这种新冷却技术非常简单，甚至可以集成到大多数具有超冷极性分子的实验装置中，因此该方法应该很快就能得到广泛应用，并有助于产生很多新的发现”，马普所的Immanuel Bloch 教授说 [5]。未来，这项新技术或将创造和探索多种形式的量子物质，为研究具有强偶极相互作用的多体现象开辟了道路。
Evaporation of microwave-shielded polar molecules to quantum degeneracy
Andreas Schindewolf, Roman Bause, Xing-Yan Chen, Marcel Duda, Tijs Karman, Immanuel Bloch & Xin-Yu Luo
Nature, 2022
