Enstaka atomer eller molekyler fängslade av laserljus i en munkformad metallbur kan låsa upp nyckeln till avancerade lagringsenheter, datorer och högupplösta instrument.

I en tidning publicerad i Fysisk granskning A , ett team bestående av Ali Passian från Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory och Marouane Salhi och George Siopsis från University of Tennessee beskriver konceptuellt hur fysiker kan kunna utnyttja en molekyls energi för att främja ett antal områden.

"En enda molekyl har många grader av frihet, eller sätt att uttrycka dess energi och dynamik, inklusive vibrationer, rotationer och översättningar, " sade Passian. "I åratal, fysiker har sökt efter sätt att dra fördel av dessa molekylära tillstånd, inklusive hur de kan användas i högprecisionsinstrument eller som en informationslagringsenhet för applikationer som kvantberäkning. "

Att fånga en molekyl med minimal störning är ingen lätt uppgift, med tanke på dess storlek - ungefär en miljarddels meter - men den här artikeln föreslår en metod som kan övervinna det hindret.

Vid interaktion med laserljus, ringtoroidala nanostrukturen - ungefär som en munk som krympt en miljon gånger - kan fånga de långsammare molekylerna i dess centrum. Detta händer som nanofällan, som kan tillverkas av guld med konventionella nanofabricationstekniker, skapar ett starkt lokaliserat kraftfält som omger molekylerna. Teamet föreställer sig att använda scanningsprobmikroskopitekniker för att komma åt individuella nanofällor som skulle vara en del av en array.

"Skanningssondmikroskopet erbjuder mycket manövrerbarhet i nanoskala när det gäller mätning av extremt små krafter, ", sade Passian. "Detta är en förmåga som utan tvekan kommer att vara användbar för framtida fångstexperiment.

"När man väl var instängd, vi kan förhöra molekylerna för deras spektroskopiska och elektromagnetiska egenskaper och studera dem isolerat utan störningar från de närliggande molekylerna. "

Medan tidigare demonstrationer av att fånga molekyler har förlitat sig på stora system för att begränsa laddade partiklar som enstaka joner, detta nya koncept går i motsatt riktning, i nanoskala. Nästa, Passian, Siopsis och Salhi planerar att bygga verkliga nanotfällor och genomföra experiment för att fastställa genomförbarheten av att tillverka ett stort antal fällor på ett enda chip.

"Om det lyckas, dessa experiment kan hjälpa till att möjliggöra informationslagring och bearbetningsenheter som avsevärt överstiger vad vi har idag, vilket för oss närmare förverkligandet av kvantdatorer, Sa Passian.

Salhi föreställer sig en liknande framtid, ordspråk, "Dessa framsteg avslöjar skönheten i den optiska responsen för många komplexa geometrier och öppnar dörren till att hantverkar den elektromagnetiska miljön. Vi tänker oss tillämpningar inte bara för fångst utan också för att designa nya optiskt aktiva enheter."