Enkele atomen of moleculen die door laserlicht worden opgesloten in een donutvormige metalen kooi kunnen de sleutel tot geavanceerde opslagapparaten ontgrendelen, computers en instrumenten met een hoge resolutie.

In een paper gepubliceerd in Fysieke beoordeling A , een team bestaande uit Ali Passian van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy en Marouane Salhi en George Siopsis van de University of Tennessee beschrijft conceptueel hoe natuurkundigen de energie van een molecuul kunnen benutten om een ​​aantal velden vooruit te helpen.

"Een enkel molecuul heeft vele vrijheidsgraden, of manieren om zijn energie en dynamiek uit te drukken, inclusief trillingen, rotaties en translaties, ' zei Passian. 'Jarenlang, natuurkundigen hebben gezocht naar manieren om voordeel te halen uit deze moleculaire toestanden, inclusief hoe ze kunnen worden gebruikt in zeer nauwkeurige instrumenten of als een informatieopslagapparaat voor toepassingen zoals kwantumcomputers."

Een molecuul vangen met minimale verstoring is geen gemakkelijke taak, gezien zijn grootte - ongeveer een miljardste van een meter - maar dit artikel stelt een methode voor die dat obstakel kan overwinnen.

Bij interactie met laserlicht, de ringkernvormige nanostructuur - een beetje zoals een donut die een miljoen keer is gekrompen - kan de langzamere moleculen in het midden vangen. Dit gebeurt als de nanoval, die van goud kunnen worden gemaakt met behulp van conventionele nanofabricagetechnieken, creëert een sterk gelokaliseerd krachtveld rond de moleculen. Het team voorziet het gebruik van scanning probe microscopietechnieken om toegang te krijgen tot individuele nanovallen die deel zouden uitmaken van een array.

"De scanning probe-microscoop biedt veel manoeuvreerbaarheid op nanoschaal in termen van het meten van extreem kleine krachten, " zei Passian. "Dit is een mogelijkheid die ongetwijfeld nuttig zal zijn voor toekomstige vangexperimenten.

"Eenmaal gevangen, we kunnen de moleculen ondervragen op hun spectroscopische en elektromagnetische eigenschappen en ze afzonderlijk bestuderen zonder verstoring van de naburige moleculen."

Terwijl eerdere demonstraties van het vangen van moleculen vertrouwden op grote systemen om geladen deeltjes zoals enkele ionen op te sluiten, dit nieuwe concept gaat in de tegenovergestelde richting, op nanoschaal. Volgende, Passiaan, Siopsis en Salhi zijn van plan om echte nanotraps te bouwen en experimenten uit te voeren om de haalbaarheid te bepalen van het fabriceren van een groot aantal vallen op een enkele chip.

"Als het lukt, deze experimenten zouden kunnen helpen om apparaten voor informatieopslag en -verwerking mogelijk te maken die veel groter zijn dan wat we vandaag hebben, waardoor we dichter bij de realisatie van kwantumcomputers komen, ' zei Passian.

Salhi ziet een soortgelijke toekomst voor zich, gezegde, "Deze vooruitgang onthult de schoonheid van de optische respons voor veel complexe geometrieën en opent de deur naar het met de hand maken van de elektromagnetische omgeving. We zien toepassingen voor niet alleen voor het vangen, maar ook voor het ontwerpen van nieuwe optisch actieve apparaten."