钛原子的磁光阱

我们在磁光阱（magneto-optical trap, MOT）中实现了钛（Ti）原子的激光冷却与俘获。虽然 Ti 的 $\mathrm{3d^24s^2}$ $\mathrm{a^3F}$ 基态谱项不存在适合激光冷却的跃迁，但从长寿命亚稳态 $\mathrm{3d^3(^4F)4s}$ $\mathrm{a^5F_5}$ 到激发态 $\mathrm{3d^3(^4F)4p}$ $\mathrm{y^5G^o_6}$ 存在这样一个跃迁，其光学波长为 $\lambda=498\mathrm{nm}$。在未添加任何再泵浦光的情况下，我们观察到了亚稳态 $\mathrm{^{46}Ti}$、$\mathrm{^{48}Ti}$ 和 $\mathrm{^{50}Ti}$（Ti 的三种稳定核自旋为零玻色同位素）的 MOT。虽然直接从 Ti 升华源装载时也能观察到 MOT，但将基态谱项原子光抽运至 $\mathrm{a^5F_5}$ 态使装载速率提高了 120 倍，稳态 MOT 原子数提高了 30 倍。在稳态下，$\mathrm{^{48}Ti}$ 的 MOT 最多可容纳 $8.30(26)\times10^5$ 个原子，最大密度为 $1.3(4)\times10^{11}\mathrm{cm}^{-3}$，温度为 $90(15)\mathrm{\mu K}$。通过在突然降低装载速率时测量 MOT 的衰减，我们对冷却跃迁的泄漏分支比（$\leq2.5\times 10^{-6}$）和双体损失系数（$\leq2\times10^{-10}\mathrm{cm}^3\mathrm{s}^{-1}$）设定了上限。我们的 Ti 激光冷却方法可应用于其他过渡金属，从而显著扩展可被激光冷却的元素范围。