Ett team av fysiker vid Harvard University har för första gången lyckats fånga individuella polyatomiska molekyler i optiska pincettuppsättningar. I deras artikel publicerad i tidskriften Nature , beskriver gruppen hur de uppnådde sin bedrift och möjliga användningsområden för den. A Research Briefing beskriver också deras arbete i samma tidskriftsnummer.
Att kyla atomer till mycket kalla temperaturer har gjort det möjligt att kontrollera deras energitillstånd, vilket i sin tur har lett till utvecklingen av flera typer av teknologier, såsom atomur. Fysiker misstänker att att göra samma sak för molekyler kan ge liknande resultat, men att göra det har visat sig vara en enorm utmaning på grund av extra faktorer inblandade, såsom rotation och vibrationer.
Viss framgång har hittats i molekyler med bara två atomer, men de med fler har varit besvärliga. I denna nya ansträngning har forskargruppen hittat ett sätt att kontrollera en typ av molekyl med tre atomer – CaOH.
För att kontrollera enskilda molekyler började forskarna med att isolera flera av dem i en vakuumkammare kyld till strax under 100 mikrokelvin och sedan använda optisk pincett (laser) för att separera dem, vilket gjorde att teamet kunde fokusera sina ansträngningar på en enda molekyl. Detta gjorde det möjligt för dem att manipulera molekylerna till ett kvantgrundtillstånd.
När det väl var uppnått, utarbetade teamet ett sätt att avbilda en enskild molekyl, vilket bevisade att en given pincett laddades utan att förstöra molekylen de studerade. Att göra det innebar användning av ytterligare lasrar, även om teamet fann att de var tvungna att ställa in dem på ett speciellt sätt för att mildra interferensen mellan interaktionen mellan laserstrålarna och molekylens struktur.
Forskarna tvingade sedan molekylen till ett önskat kvanttillstånd, vilket gjorde det möjligt för dem att kontrollera dess vibration, rotation och dess kärnspinn. De avbildade sedan molekylen igen för att lära sig mer om resultatet av deras manipulationer.
Forskargruppen föreslår att deras teknik kan användas med andra treatomsmolekyler, vilket öppnar nya vägar för polyatomisk molekylär forskning.
Mer information: Nathaniel B. Vilas et al, En optisk pincettuppsättning av ultrakalla polyatomiska molekyler, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07199-1
Styr enstaka polyatomära molekyler i en optisk array för kvanttillämpningar, Nature (2024). DOI:10.1038/d41586-024-01009-4
Journalinformation: Natur
© 2024 Science X Network
