Fysikere skaber en optisk pincet-array af individuelle polyatomiske molekyler for første gang

Et hold fysikere ved Harvard University har for første gang haft held med at fange individuelle polyatomiske molekyler i optiske pincet-arrays. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Nature , beskriver gruppen, hvordan de opnåede deres bedrift og de mulige anvendelser for den. En forskningsbriefing beskriver også deres arbejde i samme tidsskriftsnummer.

Afkøling af atomer til meget kolde temperaturer har gjort det muligt at kontrollere deres energitilstande, hvilket igen har ført til udviklingen af ​​flere typer teknologier, såsom atomure. Fysikere formoder, at det at gøre det samme for molekyler kan give lignende resultater, men at gøre det har vist sig at være en formidabel udfordring på grund af ekstra faktorer involveret, såsom rotation og vibration.

En vis succes er fundet i molekyler med kun to atomer, men dem med flere har været besværlige. I denne nye indsats har forskerholdet fundet en måde at kontrollere én type molekyle med tre atomer - CaOH.

For at kontrollere individuelle molekyler begyndte forskerne med at isolere flere af dem i et vakuumkammer afkølet til lige under 100 mikrokelvin og derefter bruge optiske pincet (laser) arrays til at adskille dem, så holdet kunne fokusere deres indsats på et enkelt molekyle. Dette gjorde det muligt for dem at manipulere molekylerne til en kvantegrundtilstand.

Når det var opnået, udtænkte holdet en måde at afbilde et individuelt molekyle på, hvilket beviste, at en given pincet blev indlæst uden at ødelægge det molekyle, de studerede. Dette involverede brug af yderligere lasere, selvom holdet fandt ud af, at de var nødt til at tune dem på en bestemt måde for at afbøde interferens mellem interaktionen mellem laserstrålerne og molekylets struktur.

Forskerne tvang derefter molekylet ind i en ønsket kvantetilstand, som gjorde det muligt for dem at kontrollere dets vibration, rotation og dets nukleare spin. De afbildede derefter molekylet igen for at lære mere om resultatet af deres manipulationer.

Forskerholdet foreslår, at deres teknik kan bruges sammen med andre tre-atom-molekyler, hvilket åbner nye muligheder for polyatomisk molekylær forskning.

Flere oplysninger: Nathaniel B. Vilas et al., En optisk pincet-array af ultrakolde polyatomiske molekyler, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07199-1

Styring af enkelte polyatomiske molekyler i et optisk array til kvanteapplikationer, Nature (2024). DOI:10.1038/d41586-024-01009-4

Journaloplysninger: Natur

© 2024 Science X Network