Bireysel çok atomlu moleküller, ilk kez optik cımbız dizilerinde tutuldu. ABD'deki araştırmacılar, üç atomlu moleküllerin bireysel kuantum durumlarını kontrol edebildiler ve bu teknik, kuantum hesaplamada uygulamalar bulabilir ve Standart Modelin ötesinde fizik araştırmaları yapabilir.

Molekülleri mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara kadar soğutmak, ultra soğuk fizikte heyecan verici bir sınırdır çünkü kimyasal süreçlerin kuantum mekaniği tarafından nasıl yönlendirildiğine dair bir pencere sağlar. Onlarca yıldır fizikçiler atomları aşırı soğuk sıcaklıklara kadar soğutuyorlar. Ancak moleküllerin soğuması çok daha zordur çünkü enerjiyi çok daha fazla serbestlik derecesinde (dönme ve titreşim) tutabilirler ve bir molekülü soğutmak, tüm bunlardan enerjinin uzaklaştırılmasını gerektirir. İki atomlu moleküllerle önemli bir başarı elde edildi, ancak serbestlik derecesi sayısı her ilave atomla birlikte hızlı bir şekilde artıyor, dolayısıyla daha büyük moleküllerle ilerleme daha sınırlı oldu.

Şimdi, John Doyle, Nathaniel Vilas ve Harvard Üniversitesi'ndeki meslektaşları, bireysel triatomik molekülleri kuantum temel durumlarına kadar soğuttular. Her molekül bir kalsiyum, bir oksijen ve bir hidrojen atomundan oluşur.

Doğrusal geometri

Vilas şöyle açıklıyor: "Bu molekül hakkında sevdiğimiz en önemli şey, temel durumda doğrusal bir geometriye sahip olmasıdır, ancak bükülmüş bir geometri ile alçakta bulunan uyarılmış bir duruma sahiptir... ve bu size ek bir dönme hareketi sağlar." özgürlük derecesi."

2022'de Vilas ve Doyle'un da dahil olduğu bir ekip lazer bu moleküllerden oluşan bir bulutu 110 μK'ye kadar soğuttu manyeto-optik bir tuzakta. Ancak daha önce hiç kimse ikiden fazla atom içeren bireysel molekülleri kuantum temel durumlarına soğutmadı.

Yeni çalışmada, Vilas ve meslektaşları moleküllerini manyeto-optik bir tuzaktan altı bitişik optik cımbız tuzağı dizisine yüklediler. Bazı molekülleri uyarılmış bir duruma yükseltmek için bir lazer darbesi kullandılar: "Çünkü bu uyarılmış molekül orada moleküllerin etkileşime girebileceği çok daha büyük bir kesite sahip" diyor Vilas, "Yani zemin arasında bir miktar dipol-dipol etkileşimi var" durum ve uyarılmış durum, esnek olmayan çarpışmalara yol açar ve tuzaktan kaybolurlar." Bu yöntemi kullanarak araştırmacılar neredeyse tüm cımbız tuzaklarındaki molekül sayısını yalnızca bire indirdiler.

Molekülleri görüntülemeye devam etmeden önce araştırmacıların optik cımbız için hangi dalga boyunda ışık kullanmaları gerektiğine karar vermeleri gerekiyordu. Temel gereklilik, cımbızın karanlık hallerde istenmeyen uyarıma neden olmamasıdır. Bunlar molekülün prob lazeri tarafından görülemeyen kuantum durumlarıdır. Molekülün enerji yapısı o kadar karmaşıktır ki, yüksek konumdaki durumların çoğu molekülün herhangi bir hareketine atanmamıştır, ancak araştırmacılar ampirik olarak 784.5 nm dalga boyundaki ışığın minimum kayba yol açtığını bulmuşlardır.

Nüfus birikimi

Araştırmacılar daha sonra, üç atomun bir çizgide yer aldığı molekülün doğrusal konfigürasyonundan çizginin büküldüğü titreşim moduna geçişi sağlamak için 609 nm'lik bir lazer kullandılar. Moleküller, dejenere olmaya yakın üç spin alt seviyesinin bir kombinasyonunda kaldı. Molekülleri daha sonra 623 nm'lik bir lazerle pompalayarak, molekülleri ya orijinal alt seviyelerden birine ya da lazeri absorbe etmeyen dördüncü, daha düşük enerjili bir alt seviyeye geri bozunacak bir duruma uyardılar. Bu nedenle tekrarlanan uyarılma ve bozulmayla birlikte popülasyon alt alt seviyede toplandı.

Çok atomlu moleküllerin lazerle soğutulması ultra soğuk kimyayı gündeme getiriyor

Son olarak araştırmacılar, küçük bir radyo frekansı manyetik alanının, sistemin iki enerji seviyesi arasında Rabi salınımlarını harekete geçirebildiğini gösterdi. Bu, kuantum hesaplamada gelecekteki araştırmalar için son derece önemli olabilir: "Geometrinin bu mevcut çalışmayla hiçbir ilgisi yok... Elimizde bu altı tuzağa sahibiz ve her biri tamamen bağımsız davranıyor" diyor Vilas. "Fakat her birini bağımsız bir moleküler kübit olarak düşünebilirsiniz, dolayısıyla amacımız bu kübitlere kapılar uygulamaya başlamak olacaktır." Hatta bilgiyi birden fazla ortogonal serbestlik derecesinde kodlamak, kübitlerden daha fazla bilgi taşıyan “kuditler” oluşturmak bile mümkün olabilir.

Diğer olasılıklar arasında yeni fizik araştırmaları yer alıyor. "Bu moleküllerin farklı yapısından dolayı, yapı ile farklı yeni fizik türleri (karanlık madde veya Standart Modelin ötesindeki yüksek enerjili parçacıklar) arasında bağlantı vardır ve bunların şu anda sahip olduğumuz düzeyde kontrol edilmesi, spektroskopik yöntemlerin çok daha ileri gitmesini sağlayacaktır. daha hassas” diyor Vilas.

"Bu alanda bir nevi dönüm noktası çünkü ikiden fazla atoma sahip tek molekülleri bile kontrol edebildiğimizi söylüyor" diyor Lawrence Cheuk New Jersey'deki Princeton Üniversitesi'nden; "Üçüncü bir atom eklerseniz bir bükülme modu elde edersiniz ve bu bazı uygulamalarda çok faydalıdır. Yani aynı çalışmada Doyle grubu yalnızca tekli triatomikleri yakalayıp tespit edebildiklerini göstermekle kalmadı, aynı zamanda bu triatomiklerin içindeki bükülme modunu tutarlı bir şekilde değiştirebildiklerini de gösterdi. Hala daha büyük moleküllerin manipüle edilip edilemeyeceği konusu ilgisini çekiyor ve kiralite gibi özelliklerin araştırılmasına kapı açıyor.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Tabiat.   

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/individual-polyatomic-molecules-are-trapped-in-optical-tweezer-arrays/