Svag atombinding, teoretiseret for 14 år siden, observeret for første gang

En fysiker fra Purdue University har observeret et sommerfugl -Rydberg -molekyle, en svag parring af to yderst spændende atomer, som han forudsagde ville eksistere for mere end et årti siden.

Rydberg -molekyler dannes, når en elektron sparkes langt fra atomets kerne. Chris Greene, Purdues Albert Overhauser Fremstående professor i fysik og astronomi, sammen med hans medforfattere H. Sadeghpour og E. Hamilton, teoretiserede i 2002, at et sådant molekyle kunne tiltrække og binde til et andet atom.

"For alle normale atomer, elektronerne er altid kun en eller to ångstrøm væk fra kernen, men i disse Rydberg -atomer kan du få dem 100 eller 1, 000 gange længere væk, "Greene sagde." Efter forarbejde i slutningen af ​​1980'erne og begyndelsen af ​​1990'erne, vi så i 2002 muligheden for, at denne fjerne Rydberg -elektron kunne binde atomet til et andet atom på en meget stor afstand. Denne elektron er som en fårehund. Hver gang det suser forbi et andet atom, dette Rydberg -atom tilføjer en lille tiltrækning og skubber det mod ét sted, indtil det fanger og binder de to atomer sammen. "

Et samarbejde mellem Greene og hans postdoktorale medarbejder Jesus Perez-Rios på Purdue og forskere ved Kaiserslautern-universitetet i Tyskland har nu bevist eksistensen af ​​sommerfugl-Rydberg-molekylet, så opkaldt efter formen af ​​dens elektronsky. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

"Denne nye bindingsmekanisme, hvor en elektron kan gribe og fange et atom, er virkelig nyt fra kemiens synspunkt. Det er en helt ny måde, hvorpå et atom kan bindes af et andet atom, "Sagde Greene.

Forskerne afkølede Rubidium-gas til en temperatur på 100 nano-Kelvin, omkring en ti-milliontedel af en grad over det absolutte nul. Ved hjælp af en laser, de var i stand til at skubbe en elektron fra dens kerne, skabe et Rydberg -atom, og så se det.

"Når et andet atom tilfældigvis befinder sig på den rigtige afstand, du kan justere laserfrekvensen for at fange den gruppe af atomer, der er ved en meget klar internuklear adskillelse, som forudsiges af vores teoretiske behandling, "Sagde Greene.

De var i stand til at detektere bindingsenergien mellem de to atomer baseret på ændringer i lysfrekvensen, som Rydberg -molekylet absorberede.

Greene sagde, at det er tilfredsstillende at vide, at de forudsigelser, der blev lavet for længe siden, er blevet bevist.

"Det er en virkelig klar demonstration af, at denne klasse af molekyler eksisterer, "Greene sagde." Det validerer også hele den teoretiske tilgang, som vi og et par andre grupper har taget, der førte til forudsigelse og undersøgelse af denne nye klasse af molekyler.

"Disse molekyler har enorme elektriske dipolmomenter, som gør det muligt at manipulere dem med svage elektriske felter, der er 100 gange mindre end dem, der er nødvendige for at flytte almindelige diatomiske molekyler. Dette kan en dag anvendes til udvikling af molekylær elektronik eller maskiner."

Greene vil fortsætte med at studere Rydberg -atomer, herunder test for at se, om flere atomer kunne bindes til et Rydberg -molekyle.