To atomer kombineret i dipolært molekyle

Med hensyn til størrelse, det kan være det mindste videnskabelige gennembrud, der nogensinde er skabt på Harvard.

Harvard-adjunkt i kemi og kemisk biologi Kang-Kuen Ni og kolleger har kombineret to atomer for første gang til det, forskere kalder et dipolært molekyle. Værket er beskrevet i et nyt papir, der blev offentliggjort i Videnskab .

Forskere siger, at opdagelsen rummer et stort løfte om fremtiden for kvanteberegning, da det dipolære molekyle udgør en ny type qubit, den mindste enhed af kvanteinformation, hvilket kan føre til mere effektive enheder.

"Retningen for kvanteinformationsbehandling er en af ​​de ting, vi er begejstrede for, "Sagde Ni." Vi har brug for molekyler til alle forskellige anvendelser i vores daglige liv. Imidlertid, molekylrummet er så stort, vi kan ikke undersøge det tilstrækkeligt med nuværende computere. Hvis vi har kvantecomputere, der potentielt kan løse komplekse problemer og udforske molekylært rum effektivt, virkningen vil være stor. "

Mens udviklingen af ​​disse molekyler - og de computere, der kunne drage fordel af dem - vil kræve meget mere forskning, de nuværende fund viser et niveau af præcisionsarbejde, der ikke tidligere er opnået.

Atomer bliver et molekyle, når de bindes sammen for at skabe en kemisk reaktion; molekyler er i sidste ende byggestenene i kemien og selve livet. Laboratorier har tidligere skabt molekyler ved at kombinere klynger af atomer, og reaktionerne blev derefter målt i gennemsnit. Målet var at få yderligere indsigt i, hvordan molekyler interagerer, og for at muliggøre kontroller for reaktionskemi og designe nye kvantematerialer.

Teamet ledet af Ni, imidlertid, begyndte med kun to atomer, et natrium og et cæsium, som blev afkølet til ekstremt lave temperaturer, hvor nye kvantefaser ud over gas, væske, og fast ville dukke op. Forskere fangede derefter atomerne ved hjælp af lasere og flettede dem i en optisk dipolfælde. Mens de to atomer var i en "ophidset tilstand" - det vil sige, elektrisk ladet af laseren - reaktionen for at skabe et molekyle kan forekomme.

"Det er rigtigt, at for hver reaktion, "Ni sagde, "atomer og molekyler kombineres individuelt på det mikroskopiske niveau. Det, vi har gjort anderledes, er at skabe mere kontrol over det. Vi griber to forskellige arter af individuelle atomer med optisk pincet og skinner en laserpuls for at binde dem. Hele processen sker i et ultrahøjt vakuum, med meget lav lufttæthed. "

Selvom det var kortvarigt, reaktionen viste, at et molekyle kunne dannes ved hjælp af laserstimulus, frem for yderligere atomer, som katalysator.

Ni sagde, at et yderligere trin ville være at kombinere atomer i en "jord, "eller ikke elektrisk spændt, stat, med det mål at skabe længere levetid molekylære reaktioner. Håbet, tilføjede hun, er, at hvis et dipolært molekyle kan oprettes i laboratoriet, større og mere komplekse kan være, også.

"Jeg tror, ​​at mange forskere vil følge, nu hvor vi har vist, hvad der er muligt, "Ni sagde." Denne undersøgelse var motiveret af et par forskellige ting. Generelt, vi er interesseret i en grundlæggende undersøgelse for at se, hvordan fysisk interaktion og kemisk reaktion bidrager til at gøre fænomener komplekse. Vi ville tage den enkleste sag, kvantemekanikkens love, som er de underliggende naturlove. Vores kvantestykker vil derefter bygge op til noget mere komplekst; det var den første motivation. Arbejdet er bestemt ikke færdigt, men dette er et gennembrudstrin. "