近期，光电研究所陈良超博士在芝加哥大学金政教授实验室访学期间参与研究的超冷分子实验研究取得重要进展。实验首次通过原子玻色-爱因斯坦凝聚体（BEC）产生了具有固有角动量的分子BEC。这一研究以题目“Transition from an atomic to a molecular Bose–Einstein condensate”（从原子到分子玻色-爱因斯坦凝聚体）于2021年4月28日发表在《nature》上。

BEC是一种新奇的物态，当原子云的温度非常低，并且密度足够大，原子之间的距离很小时，每个原子的物质波发生重叠，因此整个原子云将共同占据一个量子态。处在BEC状态的原子云中，每个原子将按照相同的方式同步运动，可看成一个巨大的单一原子，可以用一个波函数来描述其状态。这种可操控的宏观量子态，在量子信息存储、量子计算、量子模拟、精密测量等重要问题上有重要意义。

激光冷却技术和蒸发冷却技术的发展最终导致了原子BEC的实现。过去二三十年间，基于原子BEC，物理学家进行了各种各样的研究和应用，例如，在空间站和火箭上产生BEC；把BEC放进光学晶格，模拟晶体的性质；用BEC模拟宇宙学现象和弯曲时空的物理。实现原子BEC后，人们的一个自然而然的想法是，怎样产生分子BEC。相较于原子，分子具有更丰富的能级结构，提供了更多研究和应用的可能，但也提出了更大的实验挑战。激光冷却技术依然可以用来冷却分子，但是需要设置更复杂的冷却光束；同时分子更多的能级结构也意味着高能级上的原子有更多的损耗通道，因此分子的稳定性也是一个需要小心处理的问题。实验室中，科学家采用了各种精巧的技术，通过激光冷却直接产生或者合成了超冷分子。另一个产生超冷分子的方法是，将超冷原子配对形成超冷分子，这里要运用Feshbach共振技术。原子态和分子态通常有不同的能量，利用磁场和磁矩的相互作用可以移动它们的能级。当磁场调节到特定的强度（称为共振点）时，原子态与分子态能量相同，可以发生显著的耦合，使一部分原子转化为分子。

  对于量子简并费米气体，通过Feshbach共振技术，实验上已观测到弱束缚原子对形成的分子BEC。本研究工作首次实现了原子BEC向分子BEC的转化。实验上首先制备了准二维的温度约为绝对温度一亿分之一度的原子BEC，然后扫描磁场强度经过19.87高斯这一Feshbach共振点，这一过程中约15%的原子形成了分子（约6000个分子）。为提取分子的物态方程信息，需要反向扫描磁场至共振点之上，此时，分子又解离成原子，可以被高分辨率的成像系统探测到。实验发现，分子的损耗系数远低于（五百分之一）通常的幺正极限，这一出人意料的结果可能源于分子气体的超低温度和准二维结构。实验制备的分子BEC中，每一个分子均有一固有角动量，这一特征有助于研究奇异的各向异性超流体。

实验观测分子BEC 

陈良超博士在山西大学光电研究所张靖教授的实验室从事超冷原子气体实验研究。2019年9月至2020年12月，作为访问学者进入金政教授实验室，进行了光学Feshbach共振、分子BEC、分子Feshbach共振等课题的研究学习。本次发表文章的第一单位为芝加哥大学，第二单位为山西大学；第一作者为芝加哥大学研究生张振东，第二作者为陈良超博士，第三作者姚凯轩、通讯作者金政分别为芝加哥大学研究生和教授。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03443-0；