Üksikud polüaatomilised molekulid on esimest korda optiliste pintsettide massiividesse lõksu jäänud. USA teadlased suutsid juhtida kolme aatomiga molekulide üksikuid kvantolekuid ja see tehnika leidis rakendusi kvantarvutustes ja füüsika otsimisel standardmudelist kaugemale.
Molekulide jahutamine absoluutse nullilähedase temperatuurini on ülikülma füüsika põnev piir, sest see annab ülevaate sellest, kuidas kvantmehaanika keemilisi protsesse juhib. Aastakümneid on füüsikud jahutanud aatomeid ülikülma temperatuurini. Molekule on aga palju keerulisem jahutada, kuna need suudavad hoida energiat palju suuremal vabadusastmel (pöörlemine ja vibratsioon) – ja molekuli jahutamine nõuab energia eemaldamist neist kõigist. Kaheaatomiliste molekulidega on saavutatud märkimisväärset edu, kuid vabadusastmete arv kasvab järsult iga täiendava aatomiga, seega on suuremate molekulidega edasiminek olnud piiratum.
Nüüd, john doyle, Nathaniel Vilas ja kolleegid Harvardi ülikoolist on jahutanud üksikud kolmeaatomilised molekulid nende kvantpõhiolekusse. Iga molekul sisaldab kaltsiumi, hapniku ja vesiniku aatomit.
Lineaarne geomeetria
"Peamine asi, mis meile selle molekuli juures meeldib, on see, et põhiolekus on sellel lineaarne geomeetria," selgitab Vilas, "kuid sellel on painutatud geomeetriaga madal ergastatud olek... ja see annab teile täiendava pöörlemise. vabaduse aste."
2022. aastal meeskond, kuhu kuuluvad Vilas ja Doyle Laser jahutas nende molekulide pilve temperatuurini 110 μK magneto-optilises lõksus. Keegi pole aga kunagi varem jahutanud üksikuid molekule, mis sisaldavad rohkem kui kahte aatomit, nende kvantpõhiolekusse.
Uues töös laadisid Vilas ja tema kolleegid oma molekulid magneto-optilisest lõksust kuue kõrvuti asetseva optilise pintsettpüünise massiivi. Nad kasutasid laserimpulssi, et viia mõned molekulid ergastatud olekusse: "Kuna see ergastatud molekul on seal, on molekulidel palju suurem ristlõige," ütleb Vilas, "nii et maapinna vahel on dipool-dipool interaktsioon. olek ja erutatud olek, mis viib mitteelastsete kokkupõrgeteni ja nad lähevad lõksust kaduma. Seda meetodit kasutades vähendasid teadlased molekulide arvu peaaegu kõigis pintsettpüünistes vaid ühele.
Enne molekulide pildistamist pidid teadlased otsustama, millist valguse lainepikkust nad peaksid optilise pintseti jaoks kasutama. Keskne nõue on, et pintsett ei tohi põhjustada soovimatut ergutamist tumedatesse olekutesse. Need on molekuli kvantolekud, mis on sondilaserile nähtamatud. Molekuli energiastruktuur on nii keeruline, et paljusid kõrgel asetsevaid olekuid ei ole molekuli ühelegi liikumisele omistatud, kuid teadlased leidsid empiiriliselt, et valgus lainepikkusel 784.5 nm põhjustas minimaalse kadu.
Rahvastiku kuhjumine
Seejärel kasutasid teadlased 609 nm laserit, et juhtida ülekannet molekuli lineaarsest konfiguratsioonist, milles kolm aatomit on joones, vibratsioonirežiimile, milles joon paindub. Molekulid jäeti kolme peaaegu degenereerunud spin alamtaseme kombinatsiooni. Seejärel pumbates molekule 623 nm laseriga, ergastasid nad molekulid olekusse, mis kas lagunes tagasi ühele algsetest alamtasemetest või neljandale, madalama energiaga alamtasemele, mis laserit ei neelanud. Seetõttu kogunes elanikkond korduva ergutamise ja lagunemisega madalamale alamtasandile.
Polüatomiliste molekulide laserjahutus toob tähelepanu keskpunkti ülikülma keemia
Lõpuks näitasid teadlased, et väike raadiosageduslik magnetväli võib juhtida Rabi võnkumisi süsteemi kahe energiataseme vahel. See võib olla väga oluline tulevaste kvantarvutite uuringute jaoks: "Geomeetria ei mõjuta seda praegust tööd... Meil on need kuus lõksu ja igaüks neist käitub täiesti iseseisvalt," ütleb Vilas. "Kuid võite mõelda igaühele kui iseseisvale molekulaarsele kubitile, nii et meie eesmärk oleks hakata nendele kubitidele väravaid rakendama." Võib isegi olla võimalik kodeerida teavet mitme ortogonaalse vabadusastmega, luues qudite, mis kannavad rohkem teavet kui kubitid.
Muud võimalused hõlmavad uue füüsika otsinguid. "Nende molekulide mitmekesise struktuuri tõttu on struktuuri ja erinevat tüüpi uue füüsika vahel seos – kas tumeaine või suure energiaga osakesed väljaspool standardmudelit ning nende kontrollimine praegusel tasemel muudab spektroskoopilised meetodid sobivaks. tundlikum,” ütleb Vilas.
"See on omamoodi verstapost selles valdkonnas, sest see ütleb, et suudame juhtida isegi üksikuid molekule, millel on rohkem kui kaks aatomit," ütleb Lawrence Cheuk Princetoni ülikoolist New Jerseys; "Kui lisate kolmanda aatomi, saate painutusrežiimi ja see on teatud rakendustes väga kasulik. Nii et samas töös ei näidanud Doyle'i rühm mitte ainult, et nad suudavad püüda ja tuvastada üksikuid triatoomikaid, vaid näitasid ka, et nad suudavad sidusalt manipuleerida painutusrežiimiga nende triatoomikate sees. Teda huvitab, kas veel suuremaid molekule saab manipuleerida, avades selliste tunnuste nagu kiraalsuse uurimise.
Uuringut kirjeldatakse artiklis loodus.
- SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
- PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
- PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
- PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
- PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
- Allikas: https://physicsworld.com/a/individual-polyatomic-molecules-are-trapped-in-optical-tweezer-arrays/
