Одиночный контроль молекулы на миллион биллионной доли секунды

]

Физики из Университета Бата обнаружили, как манипулировать и контролировать отдельные молекулы на миллионную долю миллиарда секунды, будучи заинтригованными некоторыми, казалось бы, странными результатами.

Их новая техника – самый чувствительный способ контролировать химическую реакцию на некоторых из самых маленьких весов, которые могут работать ученые – на одном уровне молекулы. Он откроет исследовательские возможности в областях нанонауки и нанофизики.

Эксперимент на крайнем пределе нанонауки под названием «STM (сканирующий туннельный микроскоп)« молекулярная манипуляция »часто используется для наблюдения за тем, как отдельные молекулы реагируют при возбуждении добавлением одного электрона. Традиционный химик может использовать пробирку и горелку Бунзена для реакции; здесь они использовали микроскоп и его электрический ток для реакции. Ток настолько мал, что он больше похож на ряд отдельных электронов, поражающих молекулу-мишень. Но весь этот эксперимент является пассивным процессом – как только электрон добавляется к исследователям молекулы, только наблюдайте, что происходит.

Но когда доктор Кристина Русимова провела обзор своих данных из лаборатории во время отпуска, она обнаружила некоторые аномальные результаты в стандартном эксперименте, который по дальнейшему исследованию нельзя было объяснить. Когда электрический ток оказывается включенным, реакции всегда идут быстрее, за исключением случаев, когда этого не произошло.

Д-р Русимова и его коллеги месяцами думали о возможных объяснениях, чтобы развенчать эффект и повторить эксперименты, но в конце концов поняли, что они нашли способ контролировать мономолекулярные эксперименты в беспрецедентной степени, в новом исследовании, опубликованном в Наука .

Команда обнаружила, что, держа кончик своего микроскопа чрезвычайно близко к исследуемой молекуле, в течение 600-800 триллионов (19459012 гг.) Метра длительность того, как долго электрон прилипает к молекуле-мишени, может уменьшаться более чем на два порядка, и поэтому результирующая реакция, приводящая к тому, что отдельные молекулы толуола подниматься (десорб) с поверхности кремния, может контролироваться.

Команда полагает, что это связано с тем, что наконечник и молекула взаимодействуют для создания нового квантового состояния, которое предлагает новый канал для электрона, чтобы прыгнуть с молекулы, следовательно, уменьшая время, которое электрон расходует на молекулу, и поэтому уменьшая вероятность того, что этот электрон вызовет реакцию.

При его наиболее чувствительном это означает, что время реакции можно контролировать за свой естественный предел до 10 фемтосекунд до всего лишь 0,1 фемтосекунд.

Д-р Русимова сказала: «Это были данные из абсолютно стандартного эксперимента, который мы делали, потому что мы думали, что исчерпали все интересные вещи – это была всего лишь окончательная проверка. Но мои данные выглядели «неправильно» – все графики должны были подняться, а мой спустился. «

Д-р Питер Слоан, ведущий автор исследования, добавил: «Если бы это было правильно, у нас был совершенно новый эффект, но мы знали, что если мы собираемся заявить что-нибудь столь поразительное, нам нужно было сделать определенную работу, чтобы убедиться, что это реально а не до ложных срабатываний ».

«Я всегда думаю, что наш микроскоп немного напоминает« Тысячелетний сокол », не слишком элегантный, удерживаемый людьми, которые его управляют, но совершенно фантастическим в том, что он делает. Между Кристиной и аспиранткой Ребеккой Пуркисс уровень пространственного контроля над микроскопом был ключом к открытию этой новой физики ».

Д-р Слоан добавил: «Основная цель этой работы – разработать инструменты, позволяющие нам контролировать материю в этом крайнем пределе. Будь то нарушение химических связей, которые природа действительно не хочет, чтобы вы нарушили или создавали молекулярные архитектуры, которые термодинамически запрещены. Наша работа предлагает новый путь для контроля отдельных молекул и их реакции. По существу, у нас есть новый набор, который мы можем установить при запуске нашего эксперимента. Крайний характер работы над этими шкалами затрудняет работу, но с этой техникой мы имеем исключительное разрешение и воспроизводимость ».

Команда надеется, что их новая техника откроет дверь для множества новых экспериментов и открытий на наноуровне, благодаря вариантам, которые она предоставляет в первый раз.

Источник: http://www.bath.ac.uk/

Source link