Optische detectie van een enkel elektron met behulp van een enkel molecuul is nog nooit gedaan. Leids natuurkundige Michel Orrit en zijn team hebben nu een molecuul geïdentificeerd dat gevoelig genoeg is om een ​​elektron te detecteren op een afstand van honderden nanometers. De resultaten worden gepubliceerd als een omslagartikel in ChemPhysChem .

Natuurkundigen zijn al geruime tijd in staat om losse elektronen te manipuleren. Maar ze kunnen ze alleen zien als onderdeel van een elektrische stroom bestaande uit duizenden elektronen. Een doel in de natuurkunde is een methode voor het indirect detecteren van individuele elektronen met behulp van een enkel molecuul. In de toekomst, een kwantumcomputer zou deze methode kunnen gebruiken om qubits met licht te lokaliseren zonder hun spin-quantumtoestand te verstoren - een essentiële vereiste voor kwantumcomputers. Leids natuurkundige Michel Orrit en zijn groep hebben nu een eerste stap gezet in de ontwikkeling van deze techniek door een moleculair systeem te identificeren dat gevoelig genoeg is om een ​​elektron op honderden nanometers afstand te detecteren.

De onderzoekers, waaronder hoofdauteurs Zoran Ristanović en Amin Moradi, ontdekte dat het fluorescerende molecuul dibenzoterryleen (DBT) twee essentiële eigenschappen heeft voor detectie van een enkele lading - op voorwaarde dat het is opgenomen in een moleculair kristal van 2 3-dibroomnaftaleen. Eerst, DBT-moleculen fluoresceren, die een smal spectrum van zichtbaar licht uitzendt dat over langere tijd stabiel is (fig. 1). Tweede, die smalle spectraallijnen verschuiven aanzienlijk in aanwezigheid van een elektrisch veld (fig. 2). Dit wordt het veelbetekenende teken van een lading in de buurt, omdat ladingen zo'n elektrisch veld opwekken.

Orrit en zijn collega's laten zien dat ze gemakkelijk elektrische velden in de orde van 1 kV/cm (fig. 2) kunnen detecteren met een DBT-molecuul. Dit is meer dan genoeg gevoeligheid voor het detecteren van een enkel elektron op 100 nm afstand, waarvan het elektrisch veld ongeveer 1,5 kV/cm is. Met behulp van meerdere moleculen die op dezelfde manier reageren op een elektrisch veld, de natuurkundigen zouden zelfs triangulatie kunnen gebruiken om de locatie van het elektron te vinden, gelijk aan GPS. De volgende stap is het detecteren van een echt elektron. Het onderzoeksteam bouwt momenteel een apparaat met één elektron voor dat experiment.