Физики впервые соединили в молекулу отдельные атомы

Группа американских физиков впервые соединила два отдельных атома в молекулу в полностью контролируемой реакции, осуществленной с помощью лазера.

Чтобы заставить вещества вступать друг с другом в химические реакции, реагенты смешивают; отдельные атомы и молекулы, сближаясь, разрывают старые и (или) образуют новые химические связи. Реакция в смеси проходит благодаря множеству случайностей. Даже если это происходит в лаборатории, в строго определенных условиях, ученые не контролируют взаимодействие отдельных атомов и молекул.

В новом эксперименте специалисты создали связь между двумя атомами, манипулируя ими с помощью лазерного (оптического) пинцета — инструмента, который позволяет с точностью до нескольких нанометров перемещать очень маленькие объекты, в том числе индивидуальные атомы, с помощью быстрых серий лазерных импульсов.

Сначала атомы щелочных металлов, цезия и натрия, охладили до температуры ниже одной десятитысячной градуса, а затем начали толкать их лазерными лучами навстречу друг другу до тех пор, пока лучи не наслоились один на другой. Пульс третьего лазера сообщил обоим атомам энергию, необходимую для образования химической связи; в результате образовалась молекула NaCs. Статья об эксперименте опубликована 12 апреля в журнале Science.

Такие контролируемые реакции на отдельных атомах и молекулах в будущем позволят ученым изучить физические процессы, ведущие к образованию межатомных связей, а также понять поведение изолированных молекул. Кроме того, с помощью лазерных пинцетов можно будет создавать молекулы с заданными квантовыми свойствами, полагает руководитель исследовательской группы, химик из Гарварда Ни Кан-Куэн (Kang-Kuen Ni). Такие молекулы найдут применение в квантовых компьютерах, где их можно использовать в качестве кубитов, поясняют авторы эксперимента.

Ранее российские и французские физики применили лазерный пинцет в манипуляциях с кольцевыми токами в сверхпроводнике: тогда ученые заставили токи (вихри Абрикосова) сложиться в буквы.