冷分子离子，特别是在离子阱中空间软禁起来的冷分子离子具有空间定域、可长期存储以及和与环境别离的特性。这些特性使得空间软禁的冷分子离子在分子光谱精细丈量、勘探分子离子与中性分子之间的磕碰反响等方面越来越遭到人们的注重，并在最近几年得到了快速的开展。文章介绍了冷分子离子的发生办法，及其近几年在精细丈量和低温下的磕碰反响等研讨范畴获得的首要研讨效果。

　　当分子系统的温度下降时，分子的德布罗意(de Broglie)波长也随之添加。依据de Broglie 物质波公式λB = h/√(2πmkBT)，其间h 为普朗克(Planck)常数， m 为分子质量， kB 为玻尔兹曼(Boltzmann)常数， T 为系统温度。以空气中的N2 分子为例，在室温文一个大气压的条件下， N2 的de Broglie 波长λB 约为0.02 nm，而N2 分子的均匀分子间隔rN2约为65 nm。此刻N2 分子de Broglie波久远小于分子的运动规范，能够看成是经典的粒子。当温度下降到1 μK 时，分子的de Broglie 波长添加到λB ≈330 nm，远大于分子均匀间隔。这时分子现已不能用经典粒子模型描绘，量子效应(如共振和隧穿现象)将在分子相互效果进程中扮演重要人物。

　　在曩昔的一个世纪傍边，科学家们不停地测验挨近绝对零度，在这条科学旅程上的每一步打破都伴跟着新物理的发现。1911 年， Heike Kamerlingh Onnes[1]将温度下降到开尔文量级发现了超导现象。1938 年，Pyotr Kapitza 和John Frank Allen[2]各自独登时报道了在相同温度量级下液态氦中的超流现象。这些低温下别致物理现象的发现仅仅是故事的开端。20 世纪80 时代，跟着激光技能的前进，一个簇新的温度低至微开尔文乃至纳开尔文量级(比世界中天然存在的最低温度要低6 到9 个数量级)的研讨范畴跟着激光冷却原子技能的呈现而发生。激光冷却原子技能给人们供给了研讨气相原子在极低温度下奇特现象的时机，并革新性地推动了原子物理的开展。在原子被成功的激光冷却后不久，冷原子和超冷原子就表现出了其在提醒原子结构以及原子间相互效果等根本物理问题研讨中的优势。例如，现在为止世界上最准确的时刻规范便是在经过激光冷却后铯和铷原子喷泉中界说的[3]，极低温度下原子之间的磕碰反响研讨提醒了系统的量子性[4]，将原子冷却到纳开尔文量级在试验上完成了80 年前理论猜测的玻色—爱因斯坦凝集[5]。因为其在原子物理开展中的突出贡献，激光冷却原子技能被颁发1997年的诺贝尔物理学奖。

　　冷原子和超冷原子在原子分子物理特别是原子物理范畴获得的效果，使得人们很天然提出一个问题：关于分子系统，咱们是否能够抵达和冷原子或超冷原子相类似的温度？在这样低的温度条件下，气体分子会呈现出哪些别致的物理化学现象？毫无疑问，因为分子系统存在着相对杂乱的结构和丰厚的能级，因而关于冷分子的研讨能够深化人们在物理化学和少体物理范畴的知道。冷分子将供给一个全新的研讨渠道，使得人们能够在加入了杂乱相互效果的系统中研讨量子效应，而且在分子所供给的更广的光谱丈量规模内研讨分子结构和查验物理根本理论。冷分子还供给了新的依据分子间相互效果以及分子和外场相互效果下的量子核算和量子模仿的试验渠道。在原子结构中，咱们首要考虑的是电子在原子核周围的运动。

　　在分子系统中，除了电子的运动，咱们还需求研讨原子核之间的相对运动。一方面，分子中的运动多重自由度使得分子系统的能级结构愈加丰厚，这为研讨者提出了愈加风趣的物理化学问题。另一方面，分子的杂乱能级结构使得在原子物理中获得巨大成功的激光冷却技能无法在分子中推行。到现在为止，人们使用分子和外场的相互效果，直接或许直接地来下降分子的速度然后使分子冷下来。其间，直接冷却办法是指从相对热的分子动身，经过减速分子束中的分子来发生冷分子，这包含：Stark 减速[6，7]、Zeeman 减速[8—10]、缓冲气体(Buffer gas cooling)减速[11]、激光冷却具有特定结构的分子[12—14]、速度挑选[15]、旋转电极Stark减速[16]、旋转分子脉冲阀[17]和协同冷却[18，19]等办法。相对地，直接冷却办法是指从能够激光冷却的原子动身，将冷原子经过光缔合[20]或许磁场诱导Feshbach 共振的办法[21， 22]结合发生冷分子。这些办法各有优缺点，例如：Stark 减速和Zeeman减速能够别离效果于极性分子和顺磁分子，具有分子量子态挑选特性，能够发生密度抵达109 cm-3 [23]、温度抵达毫开尔文量级的脉冲分子束。经过减速的分子现已能够被装载到静电阱[24]或许磁阱中[25—28]。直接冷却办法能够发生密度更大(1012 cm-3)、温度更低(纳开尔文温度量级)的冷分子，但这些被组成的分子都局限于由碱金属原子构成的双原子分子，然后约束了其在使用冷分子研讨化学反响中量子现象上的使用。比较于冷原子技能，冷分子的开展正进入一个酝酿重大打破的时期，进行新的技能探究和对现已存在的技能改善或整合，然后发生温度更低、数密度更大而且量子态可控的分子是当时冷分子研讨范畴的一个热门[29—30]。

　　冷分子离子的发生与离子软禁技能密不可分，特别是近几年，经过激光冷却的原子离子来协同冷却在同一离子阱同软禁的分子离子的技能遭到人们的广泛重视。在本文中，咱们要点介绍软禁在离子阱中的冷分子离子的发生、量子态制备、在精细光谱丈量和研讨低温离子与中性分子磕碰反响中的使用(图1)。

　　分子的结构信息是咱们知道天然界运转和演化规矩的根本知识。得到分子结构信息的重要手法是分子光谱技能。分子离子广泛存在于地球大气及世界空间中，分子离子能级结构的信息关于了解和猜测大气运动演化和空间星际化学有重要意义。冷分子离子能够有用地下降热运动所带来的多普勒和渡越展宽，然后进步光谱丈量精度。在离子阱中软禁的冷分子离子具有高度的空间定域、可长期存储和与外界环境孤立的特色，能够完成制备和操控活性很强的分子离子。经过能够激光冷却的原子离子(一般是碱土金属原子离子)的协同冷却，分子离子在离子阱中可被冷却至平动能为毫开尔文量级的温度。一起，对冷分子离子量子态的调控能够有用地将分子离子布居到光谱研讨所需求的特定量子态上，然后进步频率丈量的信噪比。另一方面，关于冷分子离子近年来完成的量子态和外部运动状况的精细调控使得可控分子离子和中性分子磕碰反响研讨变得或许。空间上局域且长期软禁的冷分子离子是研讨在低温条件下速率相对缓慢的磕碰反响的杰出系统，并有助于人们了解离子在世界空间中的构成和演化进程。

　　离子带着一个或多个净电荷，使用电场和磁场能够有用地对其运动进行操控。比较于使用电场、磁场或激光场关于中性分子的操控，依据离子与外场的库仑相互效果，其在电磁场中遭到的效果力要比中性分子大4 到5 个数量级。软禁离子的抱负状况是在空间上构成一个安稳的三维势阱。依据Earnshaw 理论，空间中的静电场关于离子的效果至少在一个维度上是排挤的，无法供给软禁需求的三维软禁势，因而在三维空间上软禁离子只能依托动态电场或许使用电场和磁场组合。

　　Fischer 等人[31]在1959 年提出使用动态电场来软禁离子，并将其命名为Paul 阱(Paul trap)。其示意图如图2(a)所示(图2(b)所示为Penning 阱，经过电场和磁场一起效果来软禁离子)，如果在上下电极加相同电压，要供给软禁离子所需求的空间三维回复力，中心的环形电极需求施加不同幅值电压。这种电压构型必定导致离子在z 方向受回复力效果而在r 方向遭到发散力效果或许反之。经过施加时刻改变的射频电压并使上下电极和环形电极的电压相位相反，当射频电压的频率远大于离子在z 和r 方向的往复运动频率时(构成所谓的绝热软禁条件)， 离子便能够动态地在三维空间软禁起来[31]。

　　图2 Paul 阱和Penning 阱示意图(a)离子Paul 阱由三片电极组成，上下两片电极供给软禁离子的z方向的效果力。经过在中心的环形电极上施加频率为兆赫兹量级的射频电压，构成径向上的动态软禁势阱；(b)Penning阱经过均匀强磁场和静电场一起构成三维空间离子软禁势阱

　　其间， 0(t)=U + V cos(Ω t) 为Paul 阱电极上所施加的随时刻改变的电压， U 为偏置电压， V 为射频场峰值电压， Ω 为射频场频率， r 为径向坐标，z 为轴向坐标， R0 为Paul 阱对称中心到环形电极外表的间隔， Z0 为对称中心到上下两个对称的电极外表的间隔。单个离子在阱中的运动能够用简略的牛顿公式描绘，

　　其间Q 为离子所带电荷， m 为离子质量。做变量替换τ = Ω t，并引进参数，单个离子在阱中的运动方程能够写成：

　　其间u 为径向或许轴向变量。咱们得到的是Mathieu 方程，方程有安稳解的条件是参数ai 和qi 满意特定的取值，这些值能够在图3 所示的离子安稳软禁参数散布图中找到。离子在阱中的运动能够在绝热条件下分红频率为1/2Ω √(ai2 +1/2qi2)的宏运动(secularmotion)和频率为Ω 的快速微运动(micromotion)，图4 所示为在不同驱动频率下离子在阱中的运动形式。

　　图3 离子安稳软禁参数散布图，其间实线内的区域是在x，y 方向能够安稳软禁离子的a，q 参数，虚线内的区域是沿z 方向能够安稳软禁离子的a，q 参数，暗影区域是离子阱作业的区域

　　图4 Paul 阱中离子的运动特色(一维模型)。离子在一维阱中的运动在绝热近似下能够分红两种运动状况的叠加。离子在射频场时刻均匀的赝势(pseudopotential)中的缓慢震动被称为宏运动，叠加在慢运动之上的快速的震动为微运动

　　分子离子在空间上被软禁起来后能够长期与外场或许其他粒子相互效果然后抵达冷却分子离子的意图。在本文中咱们要点介绍缓冲气体冷却和协同冷却这两种冷却分子离子的办法。

　　激光冷却原子离子是完成离子阱中协同冷却分子离子的前提条件。激光冷却原子的计划最早由Hnsch 和Schawlow 以及Wineland 和Dehmelt 在1975 年提出[31—33]，并在1985 年由Ertmer 等人[34]和Prodan 等人[35]在钠原子束中完成。值得一提的是激光冷却软禁离子早在1978年就由Wineland等人[36]和Neuhauser 等人[37] 别离在Penning 阱中软禁的Mg+系统和Paul 阱中软禁的Ba+系统中调查到。激光冷却技能对物理学的开展有革新性的效果，例如，依据激光冷却人们完成了70 年前理论猜测的玻色—爱因斯坦凝集现象，成功制备了人工量子新物态，依据冷原子完成了现在最准确的计时精度，并供给了完成量子信息、量子核算和量子模仿的渠道。

　　激光冷却一般能够将原子或许离子冷却到多普勒极限温度(Doppler limit) TD = γ/2kB[38，39]，其间为约化普朗克常数， kB 为玻尔兹曼常数， γ 为上能级辐射衰变率。关于能够激光冷却的原子和离子， γ 值一般在兆赫兹量级，因而一般状况下，激光能够冷却原子抵达的多普勒极限温度为几百个微开尔文。激光冷却是依据多普勒效应，当原子吸收对面飞来的一个相关于跃迁频率略微红失谐的光子时，依据动量守恒，原子的速度会下降并被激起到上能级。处于上能级的原子具有必定寿数(能够用上能级辐射衰变率γ 描绘)，会自发辐射出一个光子并回到下能级。自发辐射的光子方向是各向同性的。经过屡次光子和原子的散射，自发辐射光子对原子的反冲动量均匀值为0。可是单光子自发辐射反冲动能不为零，因而会对原子发生加热效果。当激光冷却速率和反冲加热速率相一起，激光冷却中止，这时原子所能抵达的温度便是多普勒极限温度。

　　在软禁离子系统中，当离子的温度下降到其与相邻离子之间的库仑势能远大于其平动能，且与软禁势平衡时，软禁状况的离子便呈现出规矩的空间散布状况，构成所谓的库仑晶体(Coulomb crystal)，如图5 所示。库仑晶体的构成条件能够用等离子体耦合参数来描绘[40]。公式中ε0 为真空介电常数， kB 为玻尔兹曼常数， aws为Wigner-Seitz 半径，其界说由粒子数密度n0 给出4πaws3/3=1/n0 ， T 为离子的均匀平动能温度。当Γ 1 时软禁状况下的离子能够构成库仑晶体。库仑晶体自身为人们供给了风趣的研讨人工组成的晶体结构的渠道[41—49]，也为软禁状况的冷分子离子供给了有用的勘探手法。

　　图5 激光冷却离子阱中软禁的钙离子构成的库仑晶体。图画用增强CCD相机记载激光冷却进程中钙离子所发射的荧光得到。图中每一个亮点代表一个钙离子

　　缓冲气体冷却办法比较于激光冷却有更广泛的适用规模，缓冲气体冷却依据缓冲气体分子(一般是He 原子)与分子离子之间的弹性磕碰和非弹性磕碰[50—54]。一般来说，弹性磕碰能够下降分子离子的平动能，而非弹性磕碰能够下降分子离子的内能。缓冲气体冷却适用于大都软禁状况下的分子离子，完成该冷却进程的前提条件是分子离子在与缓冲气体的磕碰进程中不发生解离和电荷转移。大都安稳分子离子的解离能都要远高于分子离子和缓冲气体之间的相对动能，因而磕碰进程中不会发生解离。相反，一些结合能较弱的团簇离子在缓冲气体冷却进程中则会发生部分解离。别的因为He原子的电离能比较高，对大大都分子离子来说，其与He原子的磕碰不会发生电荷转移进程。

　　关于分子离子，因为其存在振荡和滚动能级，很难找到适用于激光冷却的抱负双能级结构。分子被激起回到电子基态后能够布居到许多振荡和滚动态然后脱离激光冷却的跃迁循环使得冷却中止。冷却软禁状况的分子离子的一个有用计划是经过能够激光冷却的一起软禁的原子离子来完成[18， 19， 55—57]，咱们称这种办法为协同冷却。协同冷却使用激光冷却的原子离子来作为冷却剂，一起软禁状况下的分子离子经过与原子离子的库仑相互效果将动能传递给原子离子，原子离子再经过激光冷却将这些动能耗散掉。使用协同冷却的办法能够将软禁状况的分子离子的温度下降到和激光冷却的原子离子附近的温度。而且协同冷却能够广泛地适用于从简略的双原子分子离子到杂乱的质量数为几百乃至几千的大分子离子[58—60]。在一般的离子软禁条件下，分子离子的软禁时刻能够抵达几分钟，经过协同冷却，分子离子在离子阱中的寿数还能够更长，这供给了制备长期空间捆绑的冷分子离子的有用办法，为进行分子精细光谱丈量、低温条件下化学磕碰反响、量子核算以及量子模仿等研讨供给了杰出的试验条件。

　　惯例状况下，被协同冷却的分子离子是从“温暖”的样本中制备的，其具有杂乱的多重滚动量子态散布。协同冷却发生冷分子离子的办法能够有用地下降分子的平动温度，可是关于分子的内态温度的下降并不有用。原因在于协同冷却依据离子之间的库仑相互效果传递动能，而分子离子和激光冷却的原子离子之间的库仑相互效果是相排挤的长程效果，这就使得分子离子和作为冷却剂的原子离子很难靠的很近，阻止了振荡和滚动能量与平动能之间的转化。关于由少数的离子组成的系统进行精细光谱丈量时，为了进步光谱的信噪比和精度，完成对分子系统的内态温度下降就显得特别重要。为了下降协同冷却了的分子离子的内部温度(振荡和滚动温度)，人们探究了一系列的办法。首要提出的是光泵浦计划对振转量子态进行冷却，可是因为依靠于泵浦激光的数量，光泵浦办法难以抵达较高的量子态纯度；此外光泵浦的办法不适用于如H2+ 、N2+、O2+ 等非极性分子离子[61，62]。其次，缓冲气体冷却技能也能够对分子内部温度进行冷却，可是因为使用缓冲气体进行冷却的温度还较高(几K)，会对冷分子离子引进额定的加热效应。光泵浦和缓冲气体冷却都是先冷却平动能，一起或再进行内态冷却，另一种表里态温度冷却思路是先制备单振转态的分子离子，即振转温度较低的离子，再进行协同冷却。Tong 等人[63]使用阈值光电离氮分子(N2)束和Ca+离子协同冷却相结合的计划，在离子阱中成功制备了超冷N2+分子离子。该分子离子具有mK量级的外部平动温度，且近100%处于单一振转量子态上。

　　冷分子离子在化学上和物理上都有一系列重要的使用。在本文中咱们将从以下两个方面展现现在为止与冷分子离子相关的一些重要研讨效果。

　　如在序文中所述，当分子离子温度下降，其de Broglie 波长开端与其相互效果规范可比较乃至逾越其电磁相互效果规范。这时分子离子的相互效果不能再用经典离子模型描绘，量子效应，例如共振或量子遂穿，开端对分子磕碰反响起主导效果，所以说量子效应在低温条件下尤为重要。

　　此外，咱们知道星际空间中存在着许多低温低密度的分子和离子，研讨在星际空间中勘探到的分子和离子之间的磕碰、反响速率能够为咱们了解世界的演化进程供给名贵的数据。例如，在冷分子离子束中，Bohringer 等人[64]研讨了He离子和氢气分子在温度为18 K的反响进程，发现这一进程的反响速率很小并得出结论：世界中的He离子并没有和丰厚存在的氢分子反响而是更多地和CO分子反响构成碳离子。

　　在常温下，许多分子离子和中性分子之间的反响是没有势垒的，这些反响的速率能够用经典的捕获理论(capture theory)进行描绘。经典捕获理论以为，反响速率取决于反响物之间的长程招引相互效果。当反响物在长程招引相互效果下间隔满足挨近的时分，在短程相互效果下的反响几率为1。关于分子离子和中性分子的反响，人们一般用朗之万捕获理论(Langevin-capturerate)[65]来描绘其反响速率。朗之万捕获理论假定离子和分子之间的长程相互效果为离子与分子在离子电场效果下的诱导电偶极之间的招引相互效果，捕获速率常数在国际单位制中能够表达为：。其间α 为分子极化率， q 为离子电荷， 0 为真空介电常数， μ 为反响物的约化质量。由上述公式可见，朗之万速率常数不随反响温度改变，而相应的反响速率则跟着温度的下降而减小。

　　在最近的冷分子离子和中性原子分子磕碰反响研讨中，Puri 等人[66]将反响物拓宽到极性冷分子离子。他们将反响中性原子的激起态寿数对反响的影响归入朗之万捕获理论，很好地解说了试验中观测到的在低温条件下，反响几率小于朗之万预期的效果(图6(a))，提醒了当温度低于反响物激起态寿数所界说的特征温度时量子态对反响的重要影响。别的Puri 等人[67]还在低温条件下经过反响：BaOCH3+ + Ca → BaOCa+ + CH3 组成出在工业和生物医药范畴有重要使用[68，69]的超金属氧化物BaOCa+，并得出结论这一氧化物能够经过与激起态的Ca 原子磕碰来有用制备，而且其反响的速率能够用朗之万捕获理论很好地来解说( 图6(c))。Otto 等人使用离子阱结合缓冲气体冷却技能研讨了负离子分子NH2- 和氢气分子在300 K 到8 K 温度条件下的反响(图6(b))，并在8—20 K的温度规模内发现了或许的量子共振的痕迹[70]。Allmendinger等[71]人使用兼并束(merged beam)的办法在5—60 K 的温度规模内研讨了分子离子和中性分子的反响：H2++H2 →H3+ +H，效果表明即便在温度下降到5 K，反响的速率常数仍是能够用经典的朗之万理论描绘。进一步下降反响温度到300 mK规模，研讨者发现分子滚动在低温条件下使得分子反响速率相关于朗之万捕获理论所猜测的反响速率有所添加图6(d)[71]。除了带正电荷的分子离子外，关于负分子离子和中性原子分子在低温条件下反响的研讨也十分重要。近年来，在世界空间中人们发现品种越来越多的负分子离子[72，73]，了解这些离子在世界中的发生和演化需求研讨其反响的详细进程和机理。

　　图6 冷分子离子与中性分子磕碰近几年研讨进展(a)使用Ba+离子协同冷却的BaCl+分子离子与激光冷却并软禁在磁光阱中的处于激起态(P)的Ca 原子，发生BaCl++Ca→CaCl++Ba 的反响速率常数随反响物动能的改变趋势。当Ca原子处于长寿数激起态(3P2)时，反响速率常数随反响物动能下降而升高，契合朗之万捕获理论猜测的速率常数随反响能量的改变联系。当Ca原子处于短寿数(4 ns)激起态(1P1)时，原子与分子离子还没来得及反响就会经过自发辐射回到原子基态，然后使反响中止。这种状况下反响速率常数随反响能量下降而越发显着；(b) NH2-分子离子别离与H2和D2分子在8—300 K温度规模内的反响几率随温度改变；(c)在Ca + BaOCH3+→ BaOCa+ + CH3 反响中，反响速率随Ca原子激起态占比的改变。插图所示为试验丈量得到的离子产值随时刻改变联系；(d) H2* +H2 →H3++H+ e反响速率随反响温度在300 mK到10 K区间内的改变，试验第一次在低温条件下观测到反响速率因为分子滚动的影响违背于朗之万捕获理论的猜测效果

　　超低温(温度在毫开尔文量级)下分子离子和中性原子分子的反响研讨才刚刚开端，因为分子系统能级结构的杂乱性以及分子带来的各向异性相互效果都会对反响速率和通道发生影响。这一研讨范畴未来会为人们供给更细节的反响进程信息，低温条件分子离子和中性原子分子反响会为人们了解并进一步操控化学反响供给名贵的研讨渠道。

　　激光冷却原子的一个巨大成功表现在关于时刻规范的从头界说和依据此的更准确的计时办法。现在咱们的时刻规范是由激光冷却原子铯钟来界说的，其相对时刻精度能够抵达10-12量级。依据软禁在离子阱中的离子光钟现在能够抵达10-19的相对精度，除此以外软禁状况的冷分子离子其振荡跃迁和滚动跃迁关于根本物理常数质子与电子质量比μ =mp/me 的依靠联系别离为Δυv ∝1/ √μ和Δυr ∝1/μ ，在冷分子离子系统中一起精细丈量振荡和滚动跃迁将提醒电子质子质量比这一根本物理常数是否随时刻和空间发生改变，然后对当时的规范模型进行查验。电子的固有电偶极矩的巨细是人们当时研讨的一个热门范畴。规范模型猜测电子的固有电偶极矩要小于10-32德拜，其他逾越规范模型的理论猜测这个值或许在10-28 德拜量级。电子电偶极矩能够经过调查其在电场中对粒子光谱的影响来研讨。极性分子在电场中简略被极化，在分子内能够发生巨大的等效电场，其强度能够逾越咱们现在试验室所能发生的电场强度几个数量级，然后扩大电子固有电偶极矩对光谱的影响使得调查到电子固有电偶极矩所带来的效应变得或许。在这部分内容中，咱们罗列近年来冷分子离子精细丈量研讨方面获得的效果。

　　Alighanbari 等人[74]使用激光冷却的软禁原子离子Be+作为冷却剂，将一起软禁的可是无法激光冷却的HD+分子离子平动温度下降到毫开尔文量级，并经过软禁离子将HD离子的空间方位下降到相应滚动跃迁的Lamb—Dicke 区域，然后进一步下降了谱线展宽。比照于之前的分子滚动光谱试验将展宽紧缩一个数量级，并将丈量相对精度进步到10-9量级，比较于之前的分子滚动光谱丈量将准确度进步了50倍(图7(a))。

　　图7 冷分子离子精细丈量近年来获得的标志性效果(a)经过Be+离子协同冷却得到的HD+离子的超精细结构分辩的滚动谱；(b)经过Ca+离子协同冷却的N2+分子离子的电四极跃迁信号；(c)缓冲气体冷却的C60+分子离子的红外吸收谱

　　同核双原子分子不具有电偶极矩，因而遭到环境的影响，特别是环境黑体辐射的影响更小。Germann 等人[75]将N2+ 分子在离子阱中同Ca+离子一起软禁，经过激光冷却Ca+离子来协同冷却N2+分子离子，将其温度下降到20 mK左右，并在N2+分子离子中第一次勘探到了十分弱的电四极跃迁信号(图7(b))。这一作业展现了离子阱中经过协同冷却发生的冷分子离子，具有较窄的多普勒线宽和长期与辐射源相互效果的特色，这不仅能够添加分子光谱丈量精度，还能够勘探到在一般条件下(室温)无法观测到的极弱跃迁信号。这为进一步使用冷分子离子进行频率标定、高精度丈量物理常数和完成分子离子量子比特的研讨奠定了根底。

　　除了简略的双原子分子系统外，关于具有多个原子核的杂乱分子系统，使用冷分子离子技能也可完成精细光谱丈量。Campbell 等人[76]将C60+ 离子在22 极离子阱中经过缓冲气体冷却到5.8 K，并在这一温度下丈量了C60+ 的吸收谱。试验得到的在9632 和9557 处的两条谱线完全契合分散星际带(diffuse interstellar bands)中调查到的谱线]，然后确认了在星际带中的吸收谱正是由星际空间中存在的C60+ 发生的。

　　在曩昔的几年中，冷分子离子在精细丈量和具有量子态挑选的磕碰化学反响研讨中逐步显示出其潜力。在精细丈量方面，冷分子离子供给的高精度光谱数据在为分子结构的从头核算理论的标定、查验根本物理规律、确认根本物理常数等研讨范畴都有着极其重要的使用价值。进一步将冷分子离子系统拓宽到多个原子的大分子系统，深化对杂乱分子系统的知道，拓宽冷分子的使用。一起，量子态可控的磕碰化学反响也一直是化学研讨的一个重要课题。结合软禁状况的冷分子离子所能供给的空间局域性、极长的可研讨时刻，以及量子态准确制备和操控的特色，冷分子离子在化学研讨方面关于咱们知道低温条件下的量子效应对磕碰反响的影响将有宽广的使用远景。

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