Evaporation of microwave-shielded polar molecules to quantum degeneracy

非弹性碰撞 偶极子 原子物理学 化学极性 物理 弹性碰撞 简并能级 量子 凝聚态物理 微波食品加热 分子物理学
作者
Andreas Schindewolf,Roman Bause,Xing-Yan Chen,Marcel Duda,Tijs Karman,Immanuel Bloch,Xin-Yu Luo
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:607 (7920): 677-681
标识
DOI:10.1038/s41586-022-04900-0
摘要

Ultracold polar molecules offer strong electric dipole moments and rich internal structure, which makes them ideal building blocks to explore exotic quantum matter, implement novel quantum information schemes, or test fundamental symmetries of nature. Realizing their full potential requires cooling interacting molecular gases deeply into the quantum degenerate regime. However, the complexity of molecules which makes their collisions intrinsically unstable at the short range, even for nonreactive molecules, has so far prevented the cooling to quantum degeneracy in three dimensions. Here, we demonstrate evaporative cooling of a three-dimensional gas of fermionic sodium-potassium molecules to well below the Fermi temperature using microwave shielding. The molecules are protected from reaching short range with a repulsive barrier engineered by coupling rotational states with a blue-detuned circularly polarized microwave. The microwave dressing induces strong tunable dipolar interactions between the molecules, leading to high elastic collision rates that can exceed the inelastic ones by at least a factor of 460. This large elastic-to-inelastic collision ratio allows us to cool the molecular gas down to 21 nanokelvin, corresponding to 0.36 times the Fermi temperature. Such unprecedentedly cold and dense samples of polar molecules open the path to the exploration of novel many-body phenomena, such as the long-sought topological p-wave superfluid states of ultracold matter.

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