Kvantkemi är den gren av kemin som utforskar kvantmekanikens tillämpningar på kemiska system. Studier inom detta område kan hjälpa till att bättre förstå beteendet hos par eller grupper av atomer i ett kvanttillstånd, såväl som de kemiska reaktioner som är ett resultat av deras interaktioner.

Många kvantkemistudier undersökte specifikt interaktionerna mellan par av atomer i ett kvanttillstånd. Även om några av dessa verk samlade intressanta insikter, begränsades de ofta av bristen på tillgängliga tekniker för att observera och kontrollera resultatet av individuella atomkollisioner.

Forskare vid Weizmann Institute of Science har försökt ta fram nya och mer avancerade verktyg för att studera de grundläggande interaktionerna mellan ett enda par atomer. I en artikel som nyligen publicerades i Nature Physics , introducerade de en ny teknik baserad på kvantlogik som kan användas för att studera interaktioner mellan en ultrakall neutral atom och en kall jon.

"När atomer föds upp på korta avstånd kan de uppleva flera processer som energifrisättning eller en kemisk reaktion, som styrs av kvantmekanik," Or Katz, en av forskarna som genomförde studien, som nu är på Duke University, berättade för Phys.org. "Tidigare utarbetade metoder kan användas för att studera dessa processer, men de kräver optisk åtkomst och kontroll av åtminstone en av atomerna, vilket i sin tur kraftigt begränsar atomarten såväl som uppsättningen av interaktioner som kan studeras i praktiken. Vårt arbete lindrar detta krav och tillåter oss att studera interaktionen mellan många par av atomer med bara en enda ytterligare atom, som fungerar som en sond."

I huvudsak kylde forskarna med laser och fångade sedan ett par joner och ett moln av neutrala atomer. Jonerna fångades i en Paul-fälla med hjälp av elektromagnetiska fält. De neutrala atomerna, å andra sidan, var fångade i ett optiskt gitter, som de kunde föra in och ut ur Paul-fällan efter behag.

"Vi studerar interaktionen mellan en enda "kemijon" med en neutral atom genom att mäta avtrycket på den andra "logiska jonen" i fällan som fungerar som en sond," förklarade Katz. Närmare bestämt, när kemijonen får energi genom sin interaktion med en atom i en exoterm (energifrisättande) process, trycker den på den "logiska jonen", som i vår experimentella konfiguration, följd av fluorescens av ljus. Detektion av detta fluorescensljus från den logiska jonen avslöjar information om processen som den andra jonen och atomen har upplevt."

Det senaste arbetet av Katz och hans kollegor öppnar nya möjligheter för att studera processer som tidigare var svåra eller omöjliga att undersöka experimentellt. Tekniken som de introducerade i sin uppsats kan till exempel användas för att mäta nya effekter där rörelsen av atomer och jonegenskaper kännetecknas av kvantinterferens. Med hjälp av tidigare utvecklade verktyg skulle dessa effekter vara mycket svåra att observera och undersöka.

"Ett tips om en sådan effekt finns redan i detta arbete, vilket återspeglas i skillnaden i tvärsnitt som mäts för interaktionen mellan olika isotoper av Sr+ med 87Rb, men tekniken är inte begränsad till detta exempel och kan användas för att studera kvanteffekter i många andra par," tillade Katz. "Vi planerar att tillämpa samma teknik för att studera ytterligare processer, såsom utbyte av spinn såväl som kemiska reaktioner."

Förutom att använda sin teknik för att studera andra processer planerar Katz och hans kollegor att samla fler bevis på kvantinterferenseffekter. Detta kommer att tillåta dem att ytterligare bedöma potentialen hos kvantmekanikbaserade verktyg för studiet av grundläggande interaktioner mellan atomer. + Utforska vidare

Att använda två olika element skapar nya möjligheter i hybrida atomära kvantdatorer

© 2022 Science X Network