图1：坐落在微波诱导的分子间相互作用势上的两个钠钾双原子分子。图中的铁粉表现的是将两个分子束缚在一起的力场。© Christoph Hohmann, MCQST

原子具有不同的电负性，由不同种类原子形成的分子拥有非零的电偶极矩。分子就像小磁针一样，它们之间存在着各向异性的长程偶极相互作用。偶极分子在当今物理学的各个领域都扮演着重要的作用。例如，可以通过对偶极分子内电子的电偶极矩的测量检验超对称粒子的存在性；偶极费米分子在临界温度以下可以形成p波超流，这为发展容错量子计算提供了一个良好的平台。早在十年前，人们就可以用光场成功地操纵单个双原子分子的转动自由度。当多个分子形成分子气体时，在简并温度以下，它们会形成相干的集体运动，并展示出丰富的量子多体行为。然而，冷却的过程中，这些分子在纳米尺度的距离上会发生剧烈的反应而形成紧束缚的复合物，并从系统中逃逸。为了克服这一困难，研究人员将具有圆偏振的微波场施加于分子气体。这个微波场就像一把具有魔法的剪刀，它不仅重塑了分子间长程的偶极相互作用，更为重要的是，它为分子在100纳米尺度的距离上提供了一个屏蔽盾牌，使得分子不能在短程相遇，从而抑制了紧束缚复合物的形成。利用微波屏蔽的技术，研究人员已经利用蒸发冷却成功的将钠钾分子气体冷却到了费米简并温度以下。

图2：(a)通过调控微波偏振的椭圆度将超冷钠钾分子缔合为场联四原子分子。(b)和(c)通过调制方法解离到散射态之后的四原子分子的动量分布。它仍然保留了四原子分子空间波函数的p波对称性。

为了定量地研究微波屏蔽分子间的相互作用，我们解析上推导出了分子间的有效相互作用势能 [F. Deng et al., Phys. Rev. Lett. 130, 183001 (2023)]。结果表明，在长程上分子间的相互作用被重塑为“负”偶极相互作用，即在微波传播方向相互排斥而在微波电场平面内相互吸引；当两个分子的间距达到几十纳米时，它们感受到一个以间距倒数6次方增长的强烈的排斥相互作用。正是这个相互作用形成了一个几十纳米的屏蔽核，抑制了紧束缚复合物的形成。通过调节微波场频率、强度和极化矢量（如利用椭圆偏光），可以同时控制长程吸引的强度以及屏蔽核的大小，从而调节势阱的形状。当势阱深度达到一个共振值时，两个分子散射截面就会发散，代表了它们之间剧烈的相互作用，我们称之为场联共振。与此同时，势阱中将出现了一个束缚态，这标志着一个由两个偶极分子组成四原子分子的形成。计算结果表明，这种四原子分子首先在以p波主导的相互作用通道上出现，如图2 b, c所示。利用有效相互作用势和多通道散射理论，我们计算了四原子分子的能量、寿命和空间波函数构型，这为实验实现和观测四原子分子提供了有力的支持。最终，我们通过绝热渐变微波场缔合钠钾分子，使得这种四原子分子在实验上被成功制备。通过调制解离四原子分子和飞行实验，我们观测到了四原子分子的空间分布。实验结果与理论计算定量符合，如图3所示

图3：四聚体的束缚能和寿命。实线是理论计算结果，圆圈是实验测量结果。

巨大的屏蔽核是微波屏蔽分子最独特的性质，它会强烈影响分子间的低能散射性质以及分子超流体的性质，这显著区别于以往的冷原子体系。在以后的研究中，我们将关注微波屏蔽分子的多体性质，包括简并偶极玻色气体的实现、偶极费米气体的p波超流以及BCS超流向四原子分子BEC的渐越等。