Tuning ultracold molecular state-to-state chemistry with magnetic fields

Equipe Theomol: Goulven Quéméner

Les molécules ultra-froides peuvent être maintenant utilisées afin de comprendre les réactions chimiques avec un
contrôle quantique sans précédent. Ceci a été réalisé récemment avec la réaction chimique KRb + KRb K2 + Rb2 aux
ultra-basses températures. Tous les fragments d’une réaction chimique ultra-froide, des réactants aux produits, en
passant par le complexe intermédiaire, peuvent être maintenant observés [1]. La distribution rotationnelle d’états à états
des produits de la réaction peut être mesurée et la parité rotationnelle de produits moléculaires sélectionnés (nombres
quantiques pairs / impairs) peut être contrôlée par un champ magnétique [3, 4].
Le sujet de stage de Master 2 consistera en un travail théorique et numérique qui étudiera la dépendance entière de la
distribution rotationnelle d’états à états des produits sous le contrôle du champ magnétique. Le stage pourra être
poursuivi par une thèse dans notre laboratoire. Il est recommandé d’avoir de bonnes connaissances en Mécanique
Quantique et en Physique Atomique et Moléculaire, et spécialement en Théorie quantique des collisions (pour une
référence, voir [5]). Des aptitudes en programmation sont requises, spécialement en Fortran 90. Des connaissances en
C, Matlab, Mathematica peuvent toujours être utiles.
Ultracold molecules can now be used to probe chemical reactions with an unprecedented control at the quantum level.
This was done recently with the chemical reaction KRb + KRb → K2 + Rb2 at ultracold temperatures. All the fragments
of an ultracold chemical reaction, from reactants to products, including intermediate complexes, can now be observed
[1]. The state-to-state rotational distribution of the products can now be measured [2] and the rotational parities of
selected molecular products (even vs. odd rotational quantum numbers) can now be controlled with a magnetic field
[3, 4].
The Master 2 internship will consist in a theoretical and numerical work that will investigate the dependence of the
entire state-to-state rotational distribution of the products under the control of a magnetic field. The Master 2
internship can be pursued in our lab by a PhD thesis. It is recommended to have a good knowledge in Quantum
Mechanics and in Atomic and Molecular Physics, especially in the Quantum Theory of Collisions (for a comprehensive
lecture, see [5]). Skills in numerical programming are required, especially in Fortran 90. Knowledge in C, Matlab,
Mathematica can still be useful.
[1] M.-G. Hu et al., “Direct observation of bimolecular reactions of ultracold KRb molecules”, Science 366, 1111
(2019)
[2] Y. Liu et al., “Precision test of statistical dynamics with state-to-state ultracold chemistry”, Nature 593, 379 (2021)
[3] M.-G. Hu et al., “Nuclear spin conservation enables state-to-state control of ultracold molecular reactions”, Nat.
Chem. 13, 435 (2021)
[4] G. Quéméner et al., “Model for nuclear spin product-state distributions of ultracold chemical reactions in magnetic
fields”, Phys. Rev. A 104, 052817 (2021)
[5] G. Quéméner, https://arxiv.org/abs/1703.09174

 

En savoir plus

Goulven Quéméner - Contacter
Bat 505, rue du Belvédère
91405 Orsay