Изследователите откриват нов механизъм на свързване между малки и гигантски частици


Изследователите откриват нов механизъм на свързване между малки и гигантски частици

Отворена вакуумна камера. Контролът на електрическото поле и първата леща на йонния микроскоп са разположени в центъра на камерата. Кредит: Николас Зубер

Изследователи от 5-ия физически институт на университета в Щутгарт са потвърдили нов механизъм на свързване, образуващ молекула между малка заредена частица и гигантски (в молекулярно отношение) атом на Ридберг. Учените наблюдавали молекулата с помощта на йонен микроскоп, изграден от собственор. Резултатите са публикувани в природата.

Когато единични частици като атоми и йони се свързват, се появяват молекули. Такива връзки между две частици могат да възникнат, ако имат, например, противоположни електрически заряди и следователно са в състояние да се привличат една друга. Молекулата, наблюдавана в университета в Щутгарт, проявява специална характеристика: тя се състои от положително зареден йон и неутрален атом в така нареченото състояние на Ридберг. Тези атоми на Ридберг са нараснали по размер хиляди пъти в сравнение с типичните атоми. Тъй като зарядът на йона деформира атома на Ридберг по много специфичен начин, се появява връзката между двете частици.

За да проверят и проучат молекулата, изследователите подготвиха ултра-студен рубидиев облак, който беше охладен близо до абсолютната нула при -273 градуса по Целзий. Само при тези ниски температури е силата между частиците, достатъчно силна, за да образува молекула. В тези свръхстудени атомни ансамбли, йонизацията на единични атоми с лазерни полета подготвя първия градивен елемент на молекулата – йона.

Допълнителни лазерни лъчи възбуждат втори атом в състояние на Ридберг. Електрическото поле на йона деформира този гигантски атом. Интересно е, че деформацията може да бъде привлекателна или отблъскваща в зависимост от разстоянието между двете частици, позволявайки на свързващите партньори да осцилират около равновесно разстояние и предизвиквайки молекулярната връзка. Разстоянието между свързващите партньори е необичайно голямо и възлиза на около 10-та от дебелината на човешката коса.

Микроскопия с помощта на електрически полета

Специален йонен микроскоп направи това наблюдение възможно. Той е разработен, построен и поръчан от изследователите в 5-ти физически институт в тясно сътрудничество с работилниците на университета в Щутгарт. За разлика от типичните микроскопи, работещи със светлина, устройството влияе върху динамиката на заредените частици с помощта на електрически полета, за да увеличи и изобрази частиците върху детектор. „Можем да изобразим свободно плаващата молекула и нейните съставки с този микроскоп и директно да наблюдаваме и изследваме подравняването на тази молекула в нашия експеримент“, обяснява д-р Николас Зубер. студент в 5-ти Физически институт.

В следващата стъпка изследователите искат да проучат динамичните процеси в тази необичайна молекула. С помощта на микроскоп, трябва да е възможно да се изследват вибрациите и въртенията на молекулата. Поради своя гигантски размер и слабото свързване на молекулата, динамичните процеси са по-бавни в сравнение с обичайните молекули. Изследователската група се надява да получи нови и по-подробни познания за вътрешната структура на молекулата.


Слаба атомна връзка, теоретизирана преди 14 години, наблюдавана за първи път


Повече информация:
Nicolas Zuber et al, Наблюдение на молекулярна връзка между йони и атоми на Ридберг, природата (2022 г.). DOI: 10.1038 / s41586-022-04577-5

Предоставена от
Университет в Щутгарт


Цитат: Изследователите откриват нов механизъм на свързване между малки и гигантски частици (2022 г., 20 май), извлечен на 20 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-mechanism-small-gigantic-particles.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.