En fysiker vid Purdue University har observerat en fjäril Rydberg -molekyl, en svag parning av två mycket exciterade atomer som han förutspådde skulle existera för mer än ett decennium sedan.

Rydbergmolekyler bildas när en elektron sparkas långt från en atomkärna. Chris Greene, Purdues Albert Overhauser, framstående professor i fysik och astronomi, tillsammans med hans medförfattare H. Sadeghpour och E. Hamilton, teoretiserade 2002 att en sådan molekyl skulle kunna attrahera och binda till en annan atom.

"För alla normala atomer, elektronerna är alltid bara en eller två ångström bort från kärnan, men i dessa Rydberg -atomer kan du få dem 100 eller 1, 000 gånger längre bort, "Greene sa." Efter förarbeten i slutet av 1980 -talet och början av 1990 -talet, vi såg 2002 möjligheten att denna avlägsna Rydberg -elektron kunde binda atomen till en annan atom på ett mycket stort avstånd. Denna elektron är som en fårhund. Varje gång det susar förbi en annan atom, denna Rydberg -atom tillför en liten attraktion och knuffar den mot en plats tills den fångar och binder ihop de två atomerna. "

Ett samarbete med Greene och hans postdoktor Jesus Perez-Rios vid Purdue och forskare vid universitetet i Kaiserslautern i Tyskland har nu bevisat att det finns fjäril Rydbergmolekyl, så uppkallad efter formen på dess elektronmoln. Deras resultat publicerades i tidskriften Naturkommunikation .

"Denna nya bindningsmekanism, där en elektron kan gripa och fånga en atom, är verkligen nytt ur kemins synvinkel. Det är ett helt nytt sätt en atom kan bindas av en annan atom, "Sa Greene.

Forskarna kylde Rubidium-gas till en temperatur på 100 nano-Kelvin, ungefär en tiomiljonedel av en grad över den absoluta nollan. Med hjälp av en laser, de kunde skjuta en elektron från dess kärna, skapa en Rydberg -atom, och titta sedan på det.

"När en annan atom råkar vara på rätt avstånd, du kan justera laserfrekvensen för att fånga den gruppen atomer som har en mycket tydlig intern kärnseparation som förutses av vår teoretiska behandling, "Sa Greene.

De kunde upptäcka bindningsenergin mellan de två atomerna baserat på förändringar i ljusfrekvensen som Rydberg -molekylen absorberade.

Greene sa att det är tillfredsställande att veta att de förutsägelser som gjorts för så länge sedan har bevisats.

"Det är en riktigt tydlig demonstration av att denna klass av molekyler finns, "Greene sa." Det validerar också hela det teoretiska tillvägagångssättet som vi och några andra grupper har tagit som ledde till förutsägelse och studier av denna nya klass av molekyler.

"Dessa molekyler har enorma elektriska dipolmoment som gör att de kan manipuleras av svaga elektriska fält 100 gånger mindre än de som behövs för att flytta vanliga diatomiska molekyler; detta kan en dag tillämpas på utvecklingen av molekylär elektronik eller maskiner."

Greene kommer att fortsätta studera Rydberg -atomer, inklusive tester för att se om flera atomer kan bindas till en Rydberg -molekyl.