論文の概要: Probing electronic state-dependent conformational changes in a trapped Rydberg ion Wigner crystal

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.23631v1
• Date: Thu, 31 Jul 2025 15:09:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-01 17:19:10.014457
• Title: Probing electronic state-dependent conformational changes in a trapped Rydberg ion Wigner crystal
• Title（参考訳）: トラップされたRydbergイオンウィグナー結晶の電子状態依存性コンフォメーション変化の探索
• Authors: Marion Mallweger, Natalia Kuk, Vinay Shankar, Robin Thomm, Harry Parke, Ivo Straka, Weibin Li, Igor Lesanovsky, Markus Hennrich,
• Abstract要約: 状態依存型コンフォメーション変化は分子動力学において中心的な役割を果たす。 もう一つのアプローチは、冷たいイオンを閉じ込めた量子シミュレーションを用いて、そのような現象をエミュレートすることである。 イオン結晶では、このビブロニックカップリングは電子状態に依存したポテンシャルエネルギー表面を生成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3462325605324622
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: State-dependent conformational changes play a central role in molecular dynamics, yet they are often difficult to observe or simulate due to their complexity and ultrafast nature. One alternative approach is to emulate such phenomena using quantum simulations with cold, trapped ions. In their electronic ground state, these ions form long-lived Wigner crystals. When excited to high-lying electronic Rydberg states, the ions experience a modified trapping potential, resulting in a strong coupling between their electronic and vibrational degrees of freedom. In an ion crystal, this vibronic coupling creates electronic state-dependent potential energy surfaces that can support distinct crystal structures -- closely resembling the conformational changes of molecules driven by electronic excitations. Here, we present the first experimental observation of this effect, by laser-coupling a single ion at the centre of a three-ion crystal to a Rydberg state. By tuning the system close to a structural phase transition, the excitation induces a state-dependent conformational change, transforming the Wigner crystal from a linear to a zigzag configuration. This structural change leads to a strong hybridisation between vibrational and electronic states, producing a clear spectroscopic signature in the Rydberg excitation. Our findings mark the first experimental step towards using Rydberg ions to create and study artificial molecular systems. change leads to a strong hybridisation between vibrational and electronic states, producing a clear spectroscopic signature in the Rydberg excitation. Our findings mark the first experimental step towards using Rydberg ions to create and study artificial molecular systems.
• Abstract（参考訳）: 状態依存型コンフォメーション変化は分子動力学において中心的な役割を果たすが、その複雑さと超高速な性質のために観察やシミュレーションは困難であることが多い。 もう一つのアプローチは、冷たいイオンを閉じ込めた量子シミュレーションを用いて、そのような現象をエミュレートすることである。 電子状態では、これらのイオンは長寿命のウィグナー結晶を形成する。 高い電子状態に興奮すると、イオンはトラップ電位が変化し、電子と振動の度合いが強く結合する。 イオン結晶において、このビブロニックカップリングは、電子励起によって駆動される分子のコンフォメーション変化とよく似た、異なる結晶構造を支持できる電子状態依存のポテンシャルエネルギー表面を生成する。 ここでは3イオン結晶の中心に1個のイオンをレーザー結合してリドベルク状態にすることで、この効果を初めて実験的に観察する。 構造相転移に近いシステムをチューニングすることにより、励起は状態依存のコンフォメーション変化を誘導し、ウィグナー結晶を線形からジグザグ構成に変換する。 この構造変化は振動状態と電子状態の強いハイブリッド化をもたらし、ライドベルク励起において明らかな分光的シグネチャを生み出す。 我々の発見は、Rydbergイオンを用いた人工分子システムの構築と研究に向けた最初の実験的なステップである。 変化は振動状態と電子状態の間の強いハイブリッド化をもたらし、ライドベルク励起において明らかな分光的シグネチャを生み出す。 我々の発見は、Rydbergイオンを用いた人工分子システムの構築と研究に向けた最初の実験的なステップである。

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