Molekul poliatomik individual telah terperangkap dalam rangkaian pinset optik untuk pertama kalinya. Para peneliti di AS mampu mengendalikan keadaan kuantum individu dari molekul tiga atom dan teknik ini dapat diterapkan dalam komputasi kuantum dan pencarian fisika di luar Model Standar.

Mendinginkan molekul hingga mencapai suhu mendekati nol mutlak merupakan tantangan menarik dalam fisika ultradingin karena memberikan gambaran bagaimana proses kimia didorong oleh mekanika kuantum. Selama beberapa dekade, fisikawan telah mendinginkan atom hingga suhu sangat dingin. Namun, molekul jauh lebih sulit untuk didinginkan karena mereka dapat menyimpan energi dalam derajat kebebasan yang lebih besar (rotasi dan getaran) – dan untuk mendinginkan molekul, diperlukan pelepasan energi dari semua derajat kebebasan tersebut. Keberhasilan yang cukup besar telah dicapai dengan molekul diatomik, namun jumlah derajat kebebasan meningkat tajam dengan setiap penambahan atom, sehingga kemajuan dengan molekul yang lebih besar menjadi lebih terbatas.

Sekarang, John doyle, Natanael Vilas dan rekan-rekannya di Universitas Harvard telah mendinginkan masing-masing molekul triatomik ke keadaan dasar kuantumnya. Setiap molekul terdiri dari kalsium, oksigen, dan atom hidrogen.

Geometri linier

“Hal utama yang kami sukai dari molekul ini adalah, dalam keadaan dasar, ia memiliki geometri linier,” jelas Vilas, “tetapi ia memiliki keadaan tereksitasi dataran rendah dengan geometri bengkok…dan ini memberi Anda rotasi tambahan tingkat kebebasan.”

Pada tahun 2022, tim termasuk Vilas dan Doyle laser mendinginkan awan molekul-molekul ini hingga 110 μK dalam perangkap magneto-optik. Namun, belum pernah ada seorang pun yang pernah mendinginkan molekul individu yang mengandung lebih dari dua atom ke keadaan dasar kuantumnya.

Dalam penelitian barunya, Vilas dan rekannya memasukkan molekul mereka dari perangkap magneto-optik ke dalam enam perangkap penjepit optik yang berdekatan. Mereka menggunakan pulsa laser untuk mendorong beberapa molekul ke keadaan tereksitasi: “Karena molekul yang tereksitasi ini ada, maka ada penampang yang lebih besar bagi molekul untuk berinteraksi,” kata Vilas, “Jadi ada interaksi dipol-dipol antara permukaan bumi. keadaan dan keadaan tereksitasi, yang menyebabkan tumbukan inelastis dan keduanya keluar dari perangkap.” Dengan menggunakan metode ini, para peneliti mengurangi jumlah molekul di hampir semua perangkap penjepit menjadi hanya satu.

Sebelum mereka dapat melanjutkan pencitraan molekul, para peneliti harus memutuskan panjang gelombang cahaya apa yang harus mereka gunakan untuk penjepit optik. Persyaratan utamanya adalah penjepit tidak boleh menyebabkan eksitasi yang tidak diinginkan ke dalam kondisi gelap. Ini adalah keadaan kuantum molekul yang tidak terlihat oleh laser probe. Struktur energi suatu molekul sangat kompleks sehingga banyak keadaan dataran tinggi yang tidak ditetapkan pada pergerakan molekul apa pun, namun para peneliti menemukan secara empiris bahwa cahaya pada panjang gelombang 784.5 nm menyebabkan kehilangan yang minimal.

Akumulasi populasi

Para peneliti kemudian menggunakan laser 609 nm untuk menggerakkan transmisi dari konfigurasi linier molekul di mana tiga atom berada dalam satu garis, ke mode getaran di mana garis tersebut melengkung. Molekul-molekul tersebut tertinggal dalam kombinasi tiga sublevel putaran yang hampir mengalami degenerasi. Dengan kemudian memompa molekul dengan laser 623 nm, mereka mengeksitasi molekul ke keadaan yang meluruh kembali ke salah satu sublevel asli atau ke sublevel keempat yang berenergi lebih rendah yang tidak menyerap laser. Oleh karena itu, dengan eksitasi dan pembusukan yang berulang-ulang, populasi terakumulasi di sublevel bawah.

Pendinginan laser molekul poliatomik membawa kimia ultradingin menjadi sorotan

Terakhir, para peneliti menunjukkan bahwa medan magnet frekuensi radio kecil dapat mendorong osilasi Rabi antara dua tingkat energi sistem. Hal ini bisa menjadi sangat penting untuk penelitian masa depan dalam komputasi kuantum: “Geometri tidak ada hubungannya dengan penelitian saat ini…Kami memiliki enam jebakan ini dan masing-masing jebakan berperilaku sepenuhnya independen,” kata Vilas. “Tetapi Anda dapat menganggap masing-masing qubit sebagai qubit molekuler independen, jadi tujuan kami adalah mulai menerapkan gerbang pada qubit ini.” Bahkan dimungkinkan untuk mengkodekan informasi dalam beberapa derajat kebebasan ortogonal, menciptakan “qudits” yang membawa lebih banyak informasi daripada qubit.

Kemungkinan lain termasuk pencarian fisika baru. “Karena beragamnya struktur molekul-molekul ini, maka ada keterkaitan antara struktur tersebut dengan berbagai jenis fisika baru – baik materi gelap atau partikel berenergi tinggi di luar Model Standar, dan mengendalikannya pada tingkat yang kita miliki sekarang akan membuat metode spektroskopi bisa berjalan dengan baik. lebih sensitif,” kata Vilas.

“Ini semacam tonggak sejarah di bidang ini karena dikatakan bahwa kita dapat mengendalikan bahkan molekul tunggal yang memiliki lebih dari dua atom,” kata Lawrence Cheuk dari Universitas Princeton di New Jersey; “Jika Anda menambahkan atom ketiga, Anda mendapatkan mode tekuk, dan ini sangat berguna dalam aplikasi tertentu. Jadi dalam penelitian yang sama, kelompok Doyle tidak hanya menunjukkan bahwa mereka dapat menjebak dan mendeteksi triatomik tunggal: mereka juga menunjukkan bahwa mereka dapat memanipulasi mode pembengkokan di dalam triatomik tersebut secara koheren.” Dia tertarik pada apakah molekul yang lebih besar dapat dimanipulasi, sehingga membuka studi tentang fitur-fitur seperti kiralitas.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Alam.   

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/individual-polyatomic-molecules-are-trapped-in-optical-tweezer-arrays/