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化学过程

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光学镊子从两个原子中产生单个分子

24 Apr 2018
光学镊子
碰撞过程:在形成分子之前,在光学镊子中保持两个原子(礼貌:Lee Liu和Yu Liu)

使用光学镊子将钠和铯的单个原子组合来引导它们来产生单个分子。该技术,设计为 李刘 哈佛大学和哈佛大学健康科学和技术的同事可以帮助化学家通过让他们控制各种原子和分子碰撞来更准确地研究化学反应。该团队希望它们的方法将用于各种田地以创造多样化的复杂分子,允许发现以前无法预见的分子特性。

传统的化学反应研究涉及观察原子和分子大量碰撞的宏观结果 - 而不是研究单独的碰撞。目前,化学家需要与理论模型进行比较实验反应速率,以计算所发生的个体碰撞的概率 - 这是对化学理解的基础的过程。另一种,更精确的技术是研究各种原子和分子之间的相互作用 - 需要巨大的实验灵巧的东西。

为了开始他们的互动过程,刘和同事使用磁光陷阱,在几百微核素中使用磁光陷阱制备钠和铯的固定原子储存器。 “冷却和控制原子和分子到它们所在的温度仍然可以让他们的性质,相互作用和反应更容易操纵,”团队领导解释 康 - 克国尼.

偏振力

寒冷的温度意味着各个原子可以容易地装载到光学镊子上 - 专用的高度聚焦的激光束,其可以捕获包括原子的介电颗粒。为了确认镊子已成功加载,研究人员使用光谱技术来检查每个原子的存在。

一种光学镊子 - 基于700nm波长光 - 保持钠原子,而976nm的另一个镊子保持铯原子。为了使原子靠近,团队将包含钠原子的镊子移动,使其与包含铯原子的镊子重叠。然后,关闭700 nm灯。该976nm激光能够保持两个原子,因此钠和铯被捕获在一起。

该团队发现,只需将原子带到一起不足以形成分子 - 需要光脉冲。 “原子不能通过孤立的碰撞进入分子,因为它们必须同时节约能量和动量 - 在实验条件下难以实现的东西,”NI解释道。 “为了解决这个问题,我们施发了另一种激光调节到分子的共振波长,驱动它们形成分子。”形成的激发分子迅速衰减成稳定的地位,允许观察其性质。 “这是第一次从两个原子开始组装分子,并建立在每个原子上的个体控制,”Ni表示。

新的和意外

即使对于这种简单的分子而言,该团队即使在创造中观察到新的和意外的财产。 “我们看到了新的分子光谱线,这有助于更深入地了解整体画面,”Ni解释道。研究人员认为他们的技术很快就会扩大以研究复杂的化学过程。

“我们现在正在考虑使用许多光学镊子和许多分子,允许研究它们的相互作用或反应,”Ni说。通过这种技术可用,可以很快获得化学家可以合成自己的设计师分子,其中应用范围从新药物到量子计算机中的Qubits。

研究描述了 科学.

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