Een team van natuurkundigen van de Harvard University is er voor het eerst in geslaagd individuele polyatomaire moleculen in optische pincetten te vangen. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nature , beschrijft de groep hoe ze hun prestatie hebben bereikt en de mogelijke toepassingen ervan. Een Research Briefing beschrijft ook hun werk in hetzelfde tijdschriftnummer.

Het afkoelen van atomen tot zeer lage temperaturen heeft het mogelijk gemaakt hun energietoestanden te beheersen, wat op zijn beurt heeft geleid tot de ontwikkeling van verschillende soorten technologieën, zoals atoomklokken. Natuurkundigen vermoeden dat hetzelfde doen voor moleculen vergelijkbare resultaten zou kunnen opleveren, maar dit is een enorme uitdaging gebleken vanwege de extra factoren die erbij betrokken zijn, zoals rotatie en trillingen.

Er is enig succes geboekt bij moleculen met slechts twee atomen, maar die met meer atomen waren lastig. In deze nieuwe poging heeft het onderzoeksteam een ​​manier gevonden om één type molecuul met drie atomen te controleren:CaOH.

Om individuele moleculen te controleren, begonnen de onderzoekers met het isoleren van een aantal ervan in een vacuümkamer die was gekoeld tot net onder de 100 microkelvin en vervolgens met behulp van optische pincetten (laserarrays) om ze te scheiden, waardoor het team hun inspanningen op één enkel molecuul kon concentreren. Hierdoor konden ze de moleculen naar een kwantumgrondtoestand manipuleren.

Toen dat eenmaal was bereikt, bedacht het team een ​​manier om een ​​individueel molecuul in beeld te brengen, wat bewees dat een bepaald pincet werd geladen zonder het molecuul dat ze bestudeerden te vernietigen. Hiervoor werden extra lasers gebruikt, hoewel het team ontdekte dat ze deze op een bepaalde manier moesten afstemmen om interferentie tussen de interacties van de laserstralen en de structuur van het molecuul te verminderen.

De onderzoekers dwongen het molecuul vervolgens in een gewenste kwantumtoestand, waardoor ze de vibratie, rotatie en nucleaire spin konden controleren. Vervolgens brachten ze het molecuul opnieuw in beeld om meer te weten te komen over de uitkomst van hun manipulaties.

Het onderzoeksteam suggereert dat hun techniek kan worden gebruikt met andere drie-atomige moleculen, waardoor nieuwe wegen worden geopend voor polyatomisch moleculair onderzoek.

Meer informatie: Nathaniel B. Vilas et al., Een optische pincetreeks van ultrakoude polyatomaire moleculen, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07199-1

Het besturen van afzonderlijke polyatomaire moleculen in een optische array voor kwantumtoepassingen, Natuur (2024). DOI:10.1038/d41586-024-01009-4

Journaalinformatie: Natuur

© 2024 Science X Netwerk