近期，我所贾锁堂教授团队，赵建明教授课题组在物理学国际期刊《Physical Review Research》刊发了题为《Microwave photo-association of fine-structure-induced Rydberg (n+2)D5/2nFJ macro-dimer molecules of cesium》的研究论文。博士生白景旭为论文第一作者，焦月春教授，赵建明教授和美国密歇根大学的Georg Raithel教授为通讯作者，博士生宋蓉共同参与此项工作。
在超冷原子样品中，里德堡原子对的电多极相互作用可形成束缚势阱进而形成由两个里德堡原子组成的巨型分子，其束缚机制不同于离子键和共价键。这类分子是自然界不存在的新奇里德堡聚合物，不仅囊括了里德堡原子的优良性质，还具有尺寸大，束缚能小和丰富的能级结构，可测量和操控的内部自由度和对称性资源非常丰富，易于实现光场的量子相干操控，为研究新奇的少体现象、多体量子关联物态及新奇的离子相互作用提供了重要的平台。
研究团队提出了微波光缔合的实验方案，首次利用超窄线宽的微波光缔合光谱在实验中观测了高角动量里德堡态精细结构诱导的(n+2)DnF里德堡大分子。研究发现，在低温里德堡原子体系中，强烈的偶极“翻转”和“交叉”相互作用导致精细结构相互作用势能曲线相遇而避免交叉，形成MHz量级的束缚势阱，从而产生精细能级混合的DF里德堡大分子。实验研究了里德堡分子的束缚机制，测量了弱静电场缀饰的里德堡高分辨微波光缔合光谱。由于强烈的Stark效应和高角动量里德堡态的影响，微波跃迁产生的里德堡大分子的极化率约为里德堡原子极化率的2.5倍，并且由分子内偶极-偶极相互作用导致了微波光缔合光谱的显著展宽。该研究提供了新的缔合方案，窄线宽的微波光缔合光谱为研究分子的振转结构、探索和完善里德堡大分子的 Born-Oppenheimer 相互作用势模型以及寻找Franck-Condon调谐提供了新的实验证据和技术。
图1微波光缔合实验装置，理论计算的相互作用势能曲线和实验测量的微波光缔合光谱。
该工作获得了国家自然科学基金重点项目、山西省基础研究计划优秀青年项目等项目的支持。