Исследователи из Университета Базеля разработали новый метод, с помощью которого отдельные изолированные молекулы могут быть изучены точно — не разрушив молекулы или даже влияющие на ее квантовое состояние. Этот высокочувствительный метод исследования молекул широко применяется и прокладывает путь для ряда новых приложений в области квантовой теории, спектроскопии и химии, как в журнале Science сообщает.
Спектроскопический анализ основывается на взаимодействии вещества со светом и представляют собой наиболее важный экспериментальный инструмент для исследования свойств молекул. В обычных спектроскопических экспериментов, образце, содержащем большое число молекул облучают напрямую. Молекулы могут поглощать свет в определенных длинах волн, которые соответствуют энергетические различия между двумя из их квантовых состояний. Это называется спектроскопический возбуждения.
В ходе этих экспериментов, молекул, возмущенные и изменить свое квантовое состояние. Во многих случаях молекулы даже придется уничтожить для определения спектроскопических возбуждений. Анализ длин волн и интенсивностей этих возбуждений предоставить информацию о химическом строении молекул и их движений, такие как вращение или вибрации.
Вдохновленный квантовых методов, разработанных для манипуляции атомами, исследовательской группы профессор Стефан Willitsch на химический факультет Базельского университета разработала новый метод, который позволяет спектроскопических измерений на уровне отдельной молекулы, вот в качестве примера один, заряженной молекулы азота. Новая техника не беспокоить молекулы или даже возмутить его квантовое состояние.
В своих экспериментах, молекула попала в радиочастотной ловушке и охлаждается почти до абсолютного нуля точки шкалы температуры (прибл. -273 °с). Для включения охлаждения, вспомогательный атом (вот один заряженный атом кальция) и одновременно в ловушке и локализованы рядом с молекулу. Эта пространственная близость также имеет важное значение для последующего спектроскопические исследования молекулы.
Одиночную молекулу в оптической решетке
Впоследствии, в силу создаваемой на молекулы, сосредотачиваясь два лазерных луча на частицы образуют так называемую оптическую решетку. Прочность при этом увеличивается оптическая сила с близостью облученных длины волны в спектроскопии возбуждения в молекуле в результате колебаний молекулы в ловушку вместо своего возбуждения.
Сила вибрации, таким образом, связано с близостью к спектроскопического перехода и передается на соседний атом кальция, который обнаруживается с высокой чувствительностью. Таким образом, ту же информацию о молекуле можно получить как в обычных спектроскопических экспериментов.
Этот метод, который представляет собой новый тип силовой спектроскопии, вводит несколько новых понятий: во-первых, она опирается на единичные молекулы, а не большие ансамбли. Во-вторых, он представляет собой совершенно неинвазивный метод обнаружения косвенно достигнуто (через соседний атом) и без прямого возбуждения спектральных переходов. Таким образом, квантовое состояние молекулы остается неизменным, так что измерения могут быть повторены непрерывно. В результате, метод гораздо более чувствительный, чем установлено спектроскопическими методами, которые опираются на прямое возбуждение и уничтожения большого количества молекул.
Приложений в чрезвычайно точных часов и строительные блоки для квантовых компьютеров
Существует целый ряд потенциальных применений нового метода, профессор Willitsch объясняет: «наш тип силовая спектроскопия позволяет максимально точных измерений на молекулы, которые невозможны с обычными спектроскопическими методами. Благодаря новой методике можно изучать молекулярные свойства и химические реакции в очень чутко и при точно определенных условиях на один-молекулярном уровне. Он также открывает путь для исследования фундаментальных вопросов, таких как ?Физические константы на самом деле константы или они меняются со временем?? Более практическое применение может быть развитие сверхточные часы на основе одной молекулы, или применения молекул в качестве строительных блоков для квантовых компьютеров».
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!