שליטה מולקולה בודדת למיליונית של מיליארדי שנייה

Anonim

פיסיקאים מאוניברסיטת באת 'גילו כיצד לתמרן ולשלוט במולקולות בודדות למיליון של מיליארדי שנייה, לאחר שהתעניינו בכמה תוצאות מוזרות לכאורה.

הטכניקה החדשה שלהם היא הדרך הרגישה ביותר לשלוט על תגובה כימית על כמה בקנה מידה קטן ביותר מדענים יכולים לעבוד, ברמת מולקולה אחת. זה יפתח אפשרויות מחקר על פני תחומי ננו ו ננופיסיקה.

ניסוי בגבול הקיצוני של הננומטר שנקרא "STM (סריקה במיקרוסקופ מנהור) מניפולציה מולקולארית" משמש לעתים קרובות כדי לבחון כיצד המולקולות הפרט להגיב כאשר מתרגש על ידי הוספת אלקטרון יחיד.

כימאי מסורתי עשוי להשתמש במבחנה וב מבער Bunsen כדי להניע תגובה; כאן הם השתמשו במיקרוסקופ ובזרם החשמלי שלו כדי להניע את התגובה. הנוכחי הוא כל כך קטן זה דומה יותר לסדרה של אלקטרונים בודדים להכות את מולקולת היעד. אבל כל הניסוי הזה הוא תהליך פאסיבי - ברגע שהאלקטרון מתווסף לחוקרי המולקולה רק מתבונן במה שקורה.

אבל כאשר ד"ר קריסטינה Rusimova סקר את הנתונים שלה מהמעבדה בחופשה, היא גילתה כמה תוצאות חריגות בניסוי רגיל, אשר על חקירה נוספת לא ניתן להסביר משם. כשהזרם החשמלי מתעורר, התגובות תמיד עוברות מהר יותר, אלא שכאן לא.

ד"ר רוסימובה ועמיתיו השקיעו חודשים בחשיבה על הסברים אפשריים כדי לדחות את האפקט, וחזרו על הניסויים, אך בסופו של דבר הבינו כי מצאו דרך לשלוט בניסויים של מולקולות בודדות ללא תקדים, במחקר חדש שפורסם ב- Science.

החוקרים גילו כי על ידי שמירה על קצה המיקרוסקופ שלהם קרוב מאוד למולקולה הנחקרת, בתוך 600-800 טריליון של מטר, משך הזמן שבו מקלות האלקטרונים למולקולת היעד יכול להיות מופחת על ידי שני סדרי גודל, ולכן התגובה וכתוצאה מכך, הנה נהיגה מולקולות טולואן הפרט להרים (desorb) מפני משטח סיליקון, ניתן לשלוט.

הצוות סבור שהסיבה לכך היא שהטופ והמולקולה יוצרים אינטראקציה כדי ליצור מצב קוונטי חדש, המציע ערוץ חדש לאלקטרון כדי לקפוץ מהמולקולה, ומכאן הפחתת הזמן שהאלקטרון מבלה על המולקולה ובכך מקטין את הסיכויים לכך אלקטרון הגורם לתגובה.

ב הרגיש ביותר שלה זה אומר את הזמן של התגובה ניתן לשלוט על הגבול הטבעי שלה 10 femtosonds למטה רק 0.1 femtosonds.

ד"ר רוסימובה אמר: "זה היה נתונים מניסוי סטנדרטי לגמרי שעשינו כי חשבנו שמיצינו את כל הדברים המעניינים - זה היה רק ​​בדיקה סופית, אבל הנתונים שלי נראו" לא נכונים "- כל הגרפים היו אמורים ללכת למעלה ושלי ".

ד"ר פיטר סלואן, המחבר הראשי במחקר, הוסיף: "אם זה היה נכון, היתה לנו השפעה חדשה לגמרי, אבל ידענו אם אנחנו הולכים לתבוע משהו כל כך בולט שאנחנו צריכים לעשות קצת עבודה כדי לוודא שזה אמיתי ולא עד תוצאות חיוביות שגויות ".

"אני תמיד חושב שהמיקרוסקופ שלנו הוא קצת כמו הפלקון של המילניום, לא אלגנטי מדי, המוחזק ביחד על ידי האנשים שמפעילים אותו, אבל פנטסטי לחלוטין במה שהוא עושה בין קריסטינה לדוקטורנטית רבקה פורקיס רמת השליטה המרחבית היה להם על המיקרוסקופ המפתח לפתוח את הפיסיקה החדשה הזאת ".

ד"ר סלואן הוסיף: "המטרה הבסיסית של עבודה זו היא לפתח את הכלים שיאפשרו לנו לשלוט על החומר בגבול הקיצוני הזה, אם זה יהיה שבירת קשרים כימיים שהטבע לא באמת רוצה לשבור, או לייצר ארכיטקטורות מולקולריות שהן העבודה שלנו מציעה מסלול חדש לשלוט במולקולות בודדות ובתגובתן.בעצם יש לנו חיוג חדש שאנחנו יכולים להגדיר בעת הפעלת הניסוי שלנו.הטבע הקיצוני של עבודה על קשקשים אלה עושה את זה קשה לעשות, אבל יש לנו רזולוציה קיצונית ואת reproducibility עם טכניקה זו. "

הצוות מקווה כי הטכניקה החדשה שלהם תפתח את הדלת עבור הרבה ניסויים חדשים תגליות ב ננו, הודות לאפשרויות שהיא מספקת בפעם הראשונה.

menu
menu