Kwantumchemie is de tak van de chemie die de toepassingen van kwantummechanica op chemische systemen onderzoekt. Studies op dit gebied kunnen helpen om het gedrag van paren of groepen atomen in een kwantumtoestand beter te begrijpen, evenals de chemische reacties die het gevolg zijn van hun interacties.

Veel kwantumchemiestudies hebben specifiek de interacties tussen atomenparen in een kwantumtoestand onderzocht. Hoewel sommige van deze werken interessante inzichten vergaarden, werden ze vaak beperkt door het gebrek aan beschikbare technieken voor het observeren en controleren van de resultaten van individuele atoombotsingen.

Onderzoekers van het Weizmann Institute of Science hebben geprobeerd nieuwe en meer geavanceerde hulpmiddelen te bedenken om de basisinteracties tussen een enkel paar atomen te bestuderen. In een recent gepubliceerd artikel in Nature Physics , introduceerden ze een nieuwe techniek op basis van kwantumlogica die kan worden gebruikt om interacties tussen een ultrakoud neutraal atoom en een koud ion te bestuderen.

"Wanneer atomen op korte afstanden worden grootgebracht, kunnen ze verschillende processen ervaren, zoals het vrijkomen van energie of een chemische reactie, die worden bepaald door de kwantummechanica," Or Katz, een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerde, nu bij Duke Universiteit, vertelde Phys.org. "Eerder ontwikkelde methoden kunnen worden gebruikt om deze processen te bestuderen, maar ze vereisen optische toegang en controle van ten minste één van de atomen, wat op zijn beurt de atoomsoort ernstig beperkt, evenals de reeks interacties die in de praktijk kunnen worden bestudeerd. Ons werk verlicht deze vereiste en stelt ons in staat om de interactie tussen vele paren atomen te bestuderen met slechts een enkel extra atoom, dat als een sonde fungeert."

In wezen koelden de onderzoekers een laser af en vingen ze vervolgens een paar ionen en een wolk van neutrale atomen op. De ionen werden met behulp van elektromagnetische velden gevangen in een Paul-val. De neutrale atomen daarentegen zaten gevangen in een optisch rooster, dat ze naar believen in en uit de Paul-val konden brengen.

"We bestuderen de interactie van een enkel 'chemie-ion' met één neutraal atoom door de afdruk te meten op het tweede 'logische ion' in de val die als een sonde fungeert", legt Katz uit. "In het bijzonder, wanneer het chemische ion energie wint door zijn interactie met een atoom in een exotherm (energievrijgevend) proces, duwt het het "logische ion", dat in onze experimentele configuratie resulteert in fluorescentie van licht. Detectie van dit fluorescentielicht van het logische ion onthult informatie over het proces dat het andere ion en atoom heeft doorgemaakt."

Het recente werk van Katz en zijn collega's opent nieuwe mogelijkheden voor de studie van processen die voorheen moeilijk of onmogelijk experimenteel te onderzoeken waren. De techniek die ze in hun paper introduceerden, zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om nieuwe effecten te meten waarin de beweging van atoom- en ionenkenmerken wordt gekenmerkt door kwantuminterferentie. Met behulp van eerder ontwikkelde tools zouden deze effecten zeer moeilijk waar te nemen en te onderzoeken zijn.

"Een hint voor een dergelijk effect is al te zien in dit werk, weerspiegeld in het verschil in doorsneden dat wordt gemeten voor de interactie van verschillende isotopen van Sr + met 87Rb, maar de techniek is niet beperkt tot dit voorbeeld en kan worden toegepast om te studeren kwantumeffecten in veel andere paren," voegde Katz eraan toe. "We zijn van plan dezelfde techniek toe te passen om aanvullende processen te bestuderen, zoals uitwisseling van spin en chemische reacties."

Naast het gebruik van hun techniek om andere processen te bestuderen, zijn Katz en zijn collega's van plan meer bewijs te verzamelen van kwantuminterferentie-effecten. Dit zal hen in staat stellen om het potentieel van op kwantummechanica gebaseerde instrumenten voor de studie van fundamentele interacties tussen atomen verder te beoordelen. + Verder verkennen

Het gebruik van twee verschillende elementen creëert nieuwe mogelijkheden in hybride atomaire kwantumcomputers

© 2022 Science X Network