Атомите и молекулите са съставните части на почти цялата материя, която ни заобикаля.
Най-интуитивно хората се учатизследване с докосване, като напъване, дърпане или потупване. Естествено, ние сме свикнали с макроскопични предмети, които можем директно да докоснем, стиснем или избутаме със сила. По същия начин атомите и молекулите си взаимодействат чрез сили, но тези сили са екстремни в много отношения. Първо, силите между атомите и молекулите възникват на много малки разстояния. Всъщност тези обекти са толкова малки, че за въвеждането им е въведена специална скала за дължина: 1 Angstrom (1Å = 0 000 000 000,1 m). Второ, в същото време атомите и молекулите се движат и мърдат изключително бързо. Всъщност движението им е по-бързо от пикосекунда (1 ps = 0 000 000 000 001 s). Следователно, за директен контрол на молекула, докато се движи, е необходим инструмент за създаване на свръхбързи сили в атомен мащаб.
Преди повече от 30 години Eigler и Schweitzer показаха товасъс сканиращ тунелен микроскоп статични сили могат да се прилагат към отделни атоми. В такъв микроскоп се използва много остра игла за откриване на атоми и молекули чрез сканиране над тях, като в плейър. Екип от учени от Регенсбург и Цюрих вече е решил проблема с създаването на такива сили достатъчно бързо, за да контролира директно молекулата, докато се движи, и по този начин да контролира нейните реакции и преходи. Екип от Регенсбург, воден от Рупърт Хубер и Яша Реп, е създал уникален в света ултра бърз микроскоп, който комбинира фемтосекундни лазерни импулси, даващ достъп до свръхбързи времеви скали, със сканираща тунелна микроскопия, която позволява визуализацията на отделни молекули.
Тъй като светлината еелектромагнитна вълна, нейната осцилираща носеща вълна може да действа като супер бърза сила. Дори по-бързо от един цикъл на трептене на светлинното поле. Когато прилагат свръхбързи светлинни вълни към атомния връх на микроскопа, те наистина могат да упражнят този ефект локално, върху отделни части на молекулата. „Така че можем да използваме светеща със светлина игла като свръхбърза„ ръка “с атомен мащаб, за да изтласкаме отделните атоми на молекулата“, обяснява Доминик Пелер, водещ автор на новото изследване.
Ултра бърз сканиращ тунелен връхмикроскоп (горе вляво) витае над молекулярния превключвател (долна, червена и черна сфера свързани). Свръхбързите атомни сили (ударни вълни) карат избрания атом (червената сфера) да се движи енергично в молекулата, за да контролира нейната реактивност на свръхбърза скала от време. Кредит: © Brad Baxley (parttowhole.com) Разрешено е да докладвате за това проучване
Екипът забеляза, че свръхбързите атомни силибяха достатъчно силни, за да вибрират молекулата. Това движение беше толкова силно, че промени вероятността от превключване на молекулата на 39%. „По избор можем да контролираме амплитудата и посоката на трептенията и по този начин да модулираме вероятността от реакция на молекула във фемтосекундна скала“, подчертава ученият.
Освен това се оказа, че само когато „атомнаръка "прилага свръхбързи сили към много специфични части от молекулата, това причинява вибрационно движение. Както учените установиха от сравнение с квантово-механични изчисления, извършени от Николай Мол в Цюрих, това се дължи на факта, че молекулата се придържа към повърхността чрез ключови атоми. Само чрез прилагане на свръхбързи сили към тези конкретни атоми учените могат да контролират селективно вибрациите на молекулата.
Това развитие най-накрая предоставя най-многодиректен контрол върху молекулярните реакции. Очаква се свръхбързите атомни сили да помогнат за разбирането и манипулирането на ключови процеси в химията и биологията, за да вдъхновят бъдещите технологии, базирани на едномолекулни устройства. По този начин повсеместното свръхбързо движение на елементарната съставка на материята може не само да се наблюдава, но и да се контролира и използва с безпрецедентна точност.
Прочетете също
Ореолът на Андромеда се приближава до нашата галактика. Казваме ви защо е важно
Симптоми на коронавирус при деца. На какво трябва да обърнете внимание?
Уникална молекула, разработена за съхранение на слънчева енергия