We report high resolution electronic spectroscopy of cold magnesium monofluoride (MgF) molecules in the gas phase, which are created by a combination of laser ablation, chemical reaction, and 6 K helium buffer-gas cooling. Thanks to the sufficient population in the low-lying rotational states, the P, Q, and R branches in the electronic transition of the X2Σ+ to A2Π state are able to be measured unambiguously by in-cell absorption spectra. For the first time, we show that the A2Π state of MgF is actually a normal state, not an inverted one. The laser cooling relevant transitions X2Σ+v=0,1,N=1A2Π1/2(v=0,J=1/2) are also identified, along with the hyperfine structure of the X2Σ+(v = 0, N = 1) state. This study provides an important step for ongoing laser cooling experiments of MgF molecules.

1.
R. V.
Krems
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
10
,
4079
(
2008
).
2.
K.-K.
Ni
,
S.
Ospelkaus
,
D.
Wang
,
G.
Quéméner
,
B.
Neyenhuis
,
M. H. G.
de Miranda
,
J. L.
Bohn
,
J.
Ye
, and
D. S.
Jin
,
Nature
464
,
1324
(
2010
).
3.
M. T.
Hummon
,
T. V.
Tscherbul
,
J.
Kłos
,
H.-I.
Lu
,
E.
Tsikata
,
W. C.
Campbell
,
A.
Dalgarno
, and
J. M.
Doyle
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
053201
(
2011
).
4.
V.
Singh
,
K. S.
Hardman
,
N.
Tariq
,
M.-J.
Lu
,
A.
Ellis
,
M. J.
Morrison
, and
J. D.
Weinstein
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
203201
(
2012
).
5.
J. J.
Hudson
,
D. M.
Kara
,
I. J.
Smallman
,
B. E.
Sauer
,
M. R.
Tarbutt
, and
E. A.
Hinds
,
Nature
473
,
493
(
2011
).
6.
J.
Baron
,
W. C.
Campbell
,
D.
DeMille
,
J. M.
Doyle
,
G.
Gabrielse
,
Y. V.
Gurevich
,
P. W.
Hess
,
N. R.
Hutzler
,
E.
Kirilov
,
I.
Kozyryev
,
B. R.
O’Leary
,
C. D.
Panda
,
M. F.
Parsons
,
E. S.
Petrik
,
B.
Spaun
,
A. C.
Vutha
, and
A. D.
West
,
Science
343
,
269
(
2014
).
7.
A.
Micheli
,
G. K.
Brennen
, and
P.
Zoller
,
Nat. Phys.
2
,
341
(
2006
).
8.
B.
Yan
,
S. A.
Moses
,
B.
Gadway
,
J. P.
Covey
,
K. R. A.
Hazzard
,
A. M.
Rey
,
D. S.
Jin
, and
J.
Ye
,
Nature
501
,
521
(
2013
).
9.
L. D.
Carr
,
D.
DeMille
,
R. V.
Krems
, and
J.
Ye
,
New J. Phys.
11
,
055049
(
2009
).
10.
H. L.
Bethlem
,
G.
Berden
, and
G.
Meijer
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
1558
(
1999
).
11.
J. R.
Bochinski
,
E. R.
Hudson
,
H. J.
Lewandowski
,
G.
Meijer
, and
J.
Ye
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
243001
(
2003
).
12.
M. R.
Tarbutt
,
H. L.
Bethlem
,
J. J.
Hudson
,
V. L.
Ryabov
,
V. A.
Ryzhov
,
B. E.
Sauer
,
G.
Meijer
, and
E. A.
Hinds
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
173002
(
2004
).
13.
E.
Narevicius
,
A.
Libson
,
C. G.
Parthey
,
I.
Chavez
,
J.
Narevicius
,
U.
Even
, and
M. G.
Raizen
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
093003
(
2008
).
14.
M.
Motsch
,
P.
Jansen
,
J. A.
Agner
,
H.
Schmutz
, and
F.
Merkt
,
Phys. Rev. A
89
,
043420
(
2014
).
15.
Y.
Liu
,
M.
Vashishta
,
P.
Djuricanin
,
S.
Zhou
,
W.
Zhong
,
T.
Mittertreiner
,
D.
Carty
, and
T.
Momose
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
093201
(
2017
).
16.
E. S.
Shuman
,
J. F.
Barry
, and
D.
DeMille
,
Nature
467
,
820
(
2010
).
17.
M. T.
Hummon
,
M.
Yeo
,
B. K.
Stuhl
,
A. L.
Collopy
,
Y.
Xia
, and
J.
Ye
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
143001
(
2013
).
18.
S.
Truppe
,
H. J.
Williams
,
M.
Hambach
,
L.
Caldwell
,
N. J.
Fitch
,
E. A.
Hinds
,
B. E.
Sauer
, and
M. R.
Tarbutt
,
Nat. Phys.
13
,
1173
(
2017
).
19.
L.
Anderegg
,
B. L.
Augenbraun
,
E.
Chae
,
B.
Hemmerling
,
N. R.
Hutzler
,
A.
Ravi
,
A.
Collopy
,
J.
Ye
,
W.
Ketterle
, and
J. M.
Doyle
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
103201
(
2017
).
20.
W.
Bu
,
T.
Chen
,
G.
Lv
, and
B.
Yan
,
Phys. Rev. A
95
,
032701
(
2017
).
21.
The NL-eEDM collaboration
,
P.
Aggarwal
,
H. L.
Bethlem
,
A.
Borschevsky
,
M.
Denis
,
K.
Esajas
,
P. A. B.
Haase
,
Y.
Hao
,
S.
Hoekstra
,
K.
Jungmann
,
T. B.
Meijknecht
,
M. C.
Mooij
,
R. G. E.
Timmermans
,
W.
Ubachs
,
L.
Willmann
, and
A.
Zapara
,
Eur. Phys. J. D
72
,
197
(
2018
).
22.
J.
Lim
,
J. R.
Almond
,
M. A.
Trigatzis
,
J. A.
Devlin
,
N. J.
Fitch
,
B. E.
Sauer
,
M. R.
Tarbutt
, and
E. A.
Hinds
,
Phys. Rev. Lett.
120
,
123201
(
2018
).
23.
G. Z.
Iwata
,
R. L.
McNally
, and
T.
Zelevinsky
,
Phys. Rev. A
96
,
022509
(
2017
).
24.
I.
Kozyryev
,
L.
Baum
,
K.
Matsuda
,
B. L.
Augenbraun
,
L.
Anderegg
,
A. P.
Sedlack
, and
J. M.
Doyle
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
173201
(
2017
).
25.
M.
Zeppenfeld
,
B. G. U.
Englert
,
R.
Glöckner
,
A.
Prehn
,
M.
Mielenz
,
C.
Sommer
,
L. D.
van Buuren
,
M.
Motsch
, and
G.
Rempe
,
Nature
491
,
570
(
2012
).
26.
A.
Prehn
,
M.
Ibrügger
,
R.
Glöckner
,
G.
Rempe
, and
M.
Zeppenfeld
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
063005
(
2016
).
27.
L.
Xu
,
Y. N.
Yin
,
B.
Wei
,
Y.
Xia
, and
J. P.
Yin
,
Phys. Rev. A
93
,
013408
(
2016
).
28.
F. A.
Jenkins
and
R.
Grinfeld
,
Phys. Rev.
45
,
229
(
1934
).
29.
R. F.
Barrow
and
J. R.
Beale
,
Proc. Phys. Soc.
91
,
483
(
1967
).
30.
T. E. H.
Walker
and
W. G.
Richards
,
J. Phys. B: At. Mol. Phys.
1
,
1061
(
1968
).
31.
X. J.
Li
,
L.
Xu
,
Y. N.
Yin
,
S. P.
Xu
,
Y.
Xia
, and
J. P.
Yin
,
Phys. Rev. A
93
,
063407
(
2016
).
32.
S.
Truppe
,
M.
Hambach
,
S. M.
Skoff
,
N. E.
Bulleid
,
J. S.
Bumby
,
R. J.
Hendricks
,
E. A.
Hinds
,
B. E.
Sauer
, and
M. R.
Tarbutt
,
J. Mod. Opt.
65
,
648
(
2017
).
33.
Y. N.
Yin
,
Y.
Xia
,
X. J.
Li
,
X. X.
Yang
,
S. P.
Xu
, and
J. P.
Yin
,
Appl. Phys. Express
8
,
092701
(
2015
).
34.
G.
Herzberg
,
Molecular Spectra and Molecular Structure Spectra of Diatomic Molecules
, 2nd ed. (
D. Van Nostrand Reinhold Inc.
,
New York
,
1950
), Vol. 1.
35.
K. P.
Huber
and
G.
Herzberg
,
Molecular Spectra and Molecular Structure IV. Constants of Diatomic Molecules
(
D. Van Nostrand Reinhold Inc.
,
New York
,
1979
).
36.
R. S.
Mulliken
,
Phys. Rev.
38
,
836
(
1931
).
You do not currently have access to this content.