Nanofangede molekyler er potentiel vej til kvanteenheder

Enkelte atomer eller molekyler fanget af laserlys i et doughnut-formet metalbur kunne låse nøglen op til avancerede lagerenheder, computere og højopløselige instrumenter.

I et blad udgivet i Fysisk gennemgang A , et hold sammensat af Ali Passian fra Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory og Marouane Salhi og George Siopsis fra University of Tennessee beskriver konceptuelt, hvordan fysikere kan være i stand til at udnytte et molekyles energi til at fremme en række felter.

"Et enkelt molekyle har mange frihedsgrader, eller måder at udtrykke dens energi og dynamik på, inklusive vibrationer, rotationer og oversættelser, " sagde Passian. "I årevis, fysikere har søgt efter måder at drage fordel af disse molekylære tilstande, herunder hvordan de kunne bruges i højpræcisionsinstrumenter eller som en informationslagringsenhed til applikationer såsom kvanteberegning."

At fange et molekyle med minimal forstyrrelse er ikke en let opgave, i betragtning af dens størrelse - omkring en milliardtedel af en meter - men dette papir foreslår en metode, der kan overvinde denne forhindring.

Når du interagerer med laserlys, ringtoroide nanostrukturen - ligesom en doughnut, der er krympet en million gange - kan fange de langsommere molekyler i dens centrum. Dette sker som nano-fælden, som kan være lavet af guld ved hjælp af konventionelle nanofabrikationsteknikker, skaber et stærkt lokaliseret kraftfelt, der omgiver molekylerne. Holdet forestiller sig at bruge scanning probe mikroskopi teknikker til at få adgang til individuelle nano-fælder, der ville være en del af et array.

"Scanning-probe-mikroskopet tilbyder en stor portion manøvredygtighed på nanoskala med hensyn til at måle ekstremt små kræfter, " sagde Passian. "Dette er en evne, der utvivlsomt vil være nyttig til fremtidige fangsteksperimenter.

"Når først var fanget, vi kan udspørge molekylerne for deres spektroskopiske og elektromagnetiske egenskaber og studere dem isoleret uden forstyrrelse fra de tilstødende molekyler."

Mens tidligere demonstrationer af fangstmolekyler har været afhængige af store systemer til at begrænse ladede partikler såsom enkelte ioner, dette nye koncept går i den modsatte retning, på nanoskalaen. Næste, Passian, Siopsis og Salhi planlægger at bygge egentlige nanotfælder og udføre eksperimenter for at bestemme gennemførligheden af ​​at fremstille et stort antal fælder på en enkelt chip.

"Hvis det lykkes, disse eksperimenter kunne hjælpe med at muliggøre informationslagring og -behandlingsenheder, der langt overstiger, hvad vi har i dag, dermed bringe os tættere på realiseringen af ​​kvantecomputere, " sagde Passian.

Salhi forestiller sig en lignende fremtid, ordsprog, "Disse fremskridt afslører skønheden i den optiske respons for mange komplekse geometrier og åbner døren til håndlavning af det elektromagnetiske miljø. Vi forestiller os applikationer ikke kun til fældefangst, men også til at designe nye optisk aktive enheder."