Az egyes többatomos molekulák először kerültek csapdába optikai csipeszek tömbjébe. Az egyesült államokbeli kutatók képesek voltak szabályozni a háromatomos molekulák egyes kvantumállapotait, és a technikát a standard modellen túlmutató kvantumszámítási és fizikakutatásokban is alkalmazni tudták.

A molekulák abszolút nullához közeli hőmérsékletre történő lehűtése izgalmas határterület az ultrahideg fizikában, mert betekintést nyújt a kémiai folyamatok kvantummechanika általi irányítására. A fizikusok évtizedek óta ultrahideg hőmérsékletre hűtik az atomokat. A molekulák hűtése azonban sokkal nagyobb kihívást jelent, mert sokkal több szabadsági fokozatban (forgás és rezgés) képesek megtartani az energiát – és egy molekula lehűtéséhez mindezekből az energiát kell eltávolítani. Jelentős sikereket értek el a kétatomos molekulákkal, de a szabadsági fokok száma meredeken növekszik minden további atommal, így a nagyobb molekulákkal való előrehaladás korlátozottabb.

Most, john doyle, Nathaniel Vilas és munkatársai a Harvard Egyetemen az egyes háromatomos molekulákat kvantum-alapállapotukba hűtötték. Mindegyik molekula egy kalcium-, egy oxigén- és egy hidrogénatomot tartalmaz.

Lineáris geometria

„A legfontosabb dolog, amit szeretünk ebben a molekulában, hogy alapállapotban lineáris geometriája van – magyarázza Vilas –, de van egy alacsonyan fekvő gerjesztett állapota, hajlított geometriájú… és ez további forgást ad. a szabadság foka."

2022-ben egy csapat, köztük Vilas és Doyle lézerrel 110 μK-ra hűtötték le ezeknek a molekuláknak a felhőjét magneto-optikai csapdában. A kettőnél több atomot tartalmazó egyedi molekulákat azonban még soha senki nem hűtötte le kvantumállapotukba.

Az új munkában Vilas és munkatársai mágneses-optikai csapdából töltötték be molekuláikat hat szomszédos optikai csipeszcsapdából álló tömbbe. Lézerimpulzust használtak, hogy egyes molekulákat gerjesztett állapotba hozzanak: „Mivel ez a gerjesztett molekula, sokkal nagyobb keresztmetszete van a molekuláknak, hogy kölcsönhatásba léphessenek” – mondja Vilas. „Tehát van némi dipól-dipól kölcsönhatás a talaj között. állapot és izgatott állapot, ami rugalmatlan ütközésekhez vezet, és elvesznek a csapdából.” Ezzel a módszerrel a kutatók csaknem az összes csipeszcsapdában lévő molekulák számát egyre csökkentették.

Mielőtt folytathatták volna a molekulák képalkotását, a kutatóknak el kellett dönteniük, hogy milyen hullámhosszú fényt használjanak az optikai csipeszhez. A központi követelmény az, hogy a csipesz ne okozzon nem kívánt gerjesztést sötét állapotba. Ezek a molekula kvantumállapotai, amelyek a szondalézer számára láthatatlanok. A molekula energiaszerkezete annyira összetett, hogy a magasan fekvő állapotok közül sok nincs a molekula mozgásához hozzárendelve, de a kutatók tapasztalati úton azt találták, hogy a 784.5 nm hullámhosszú fény minimális veszteséghez vezetett.

Népességhalmozódás

A kutatók ezután egy 609 nm-es lézerrel átvitelt hajtottak végre a molekula lineáris konfigurációjából, amelyben a három atom egy vonalban van, egy rezgési módba, amelyben a vonal meghajlik. A molekulákat három közel degenerált spin-alszint kombinációjában hagyták. A molekulákat ezt követően egy 623 nm-es lézerrel pumpálva olyan állapotba gerjesztették a molekulákat, amely vagy visszaesett az eredeti részszintek egyikére, vagy egy negyedik, alacsonyabb energiájú részszintre, amely nem nyelte el a lézert. Ismétlődő gerjesztéssel és bomlással tehát a populáció az alsó alszinten halmozódott fel.

Végül a kutatók kimutatták, hogy egy kis rádiófrekvenciás mágneses tér képes a Rabi-oszcillációt a rendszer két energiaszintje között mozgatni. Ez rendkívül fontos lehet a kvantumszámítással kapcsolatos jövőbeli kutatások szempontjából: „A geometriának nincs hatása a jelenlegi munkára… Megvan ez a hat csapda, és mindegyik teljesen függetlenül viselkedik” – mondja Vilas. "De mindegyiket felfoghatja független molekuláris qubitnek, így a célunk az lenne, hogy elkezdjünk kapukat megvalósítani ezeken a qubiteken." Akár több ortogonális szabadsági fokban is kódolható információ, olyan „quditokat” hozva létre, amelyek több információt hordoznak, mint a qubitek.

További lehetőségek közé tartozik az új fizika keresése. „A molekulák változatos szerkezete miatt kapcsolat van a szerkezet és az új fizika különböző típusai között – akár a sötét anyag, akár a nagyenergiájú részecskék a standard modellen túl, és ha ezeket a mostani szinten szabályozzuk, akkor a spektroszkópiai módszerek is megfelelővé válnak. érzékenyebb” – mondja Vilas.

"Ez egyfajta mérföldkő a területen, mert azt mondja, hogy képesek vagyunk irányítani még a kettőnél több atomból álló molekulákat is" Lawrence Cheuk a New Jersey-i Princeton Egyetemen; „Ha hozzáadunk egy harmadik atomot, egy hajlítási módot kapunk, és ez bizonyos alkalmazásokban nagyon hasznos. Tehát ugyanebben a munkában a Doyle-csoport nemcsak azt mutatta be, hogy képesek csapdába ejteni és kimutatni az egyes triatomikus elemeket, hanem azt is, hogy képesek koherens módon manipulálni a hajlítási módot ezeken a triatomokon belül. Érdekli, hogy a még nagyobb molekulák manipulálhatók-e, ami megnyitja az olyan jellemzők tanulmányozását, mint a kiralitás.

A kutatás leírása a Természet.   

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/individual-polyatomic-molecules-are-trapped-in-optical-tweezer-arrays/