Atomi i molekule sastavni su dijelovi gotovo sve materije koja nas okružuje.
Najintuitivnije, ljudi učetaktilno istraživanje, poput guranja, povlačenja ili tapkanja. Prirodno, navikli smo na makroskopske predmete koje možemo izravno dodirivati, stiskati ili gurati snagom. Isto tako, atomi i molekule međusobno djeluju kroz sile, ali te su sile na mnogo načina ekstremne. Prvo, sile između atoma i molekula javljaju se na vrlo malim udaljenostima. Zapravo su ti objekti toliko mali da je za njihovo mjerenje uvedena posebna skala duljine: 1 Angstrom (1Å = 0 000 000 000,1 m). Drugo, istodobno se atomi i molekule izuzetno brzo kreću i migolje. Zapravo je njihovo kretanje brže od pikosekunde (1 ps = 0 000 000 000 001 s). Stoga je za izravno upravljanje molekulom dok se kreće potreban alat za stvaranje ultrabrzih sila na atomskoj skali.
Prije više od 30 godina Eigler i Schweitzer su to pokazalipomoću skenirajućeg tunelskog mikroskopa na pojedinačne atome mogu se primijeniti statičke sile. U takvom mikroskopu koristi se vrlo oštra igla za otkrivanje atoma i molekula skeniranjem preko njih, kao u uređaju za reprodukciju ploča. Tim znanstvenika iz Regensburga i Züricha sada je riješio problem stvaranja takvih sila dovoljno brzo da izravno kontroliraju molekulu dok se kreće, a time i njezine reakcije i prijelaze. Tim iz Regensburga pod vodstvom Ruperta Hubera i Jashe Repp stvorio je svjetski jedinstveni ultrabrzi mikroskop koji kombinira femtosekundne laserske impulse, dajući pristup ultrabrzim vremenskim skalama, sa skenirajućom tunelirajućom mikroskopijom, koja omogućuje vizualizaciju pojedinih molekula.
Budući da je svjetlostelektromagnetski val, njegov oscilirajući val nosača može djelovati kao super brza sila. Čak brže od jednog ciklusa oscilacije svjetlosnog polja. Kad su primijenili ultrabrze svjetlosne valove na atomski vrh mikroskopa, doista su mogli izvršiti taj učinak lokalno, na pojedine dijelove molekule. "Tako da možemo koristiti iglu osvijetljenu svjetlom kao ultrabrzu" ruku "atomske razmjere za potiskivanje pojedinih atoma u molekuli", objašnjava Dominic Peller, vodeći autor nove studije.
Izuzetno brz vršak za skeniranje tunelamikroskop (gore lijevo) lebdi iznad molekularne sklopke (donja, crvena i crna kugla povezane). Ultrabrze atomske sile (udarni valovi) uzrokuju da se odabrani atom (crvena kugla) snažno kreće u molekuli kako bi kontrolirao svoju reaktivnost na ultrabrzom vremenskom mjerilu. Zasluge: © Brad Baxley (parttowhole.com) Dopušteno izvještavanje o ovoj studiji
Tim je primijetio da ultrabrze atomske silebili dovoljno jaki da vibriraju molekulu. To je kretanje bilo toliko snažno da je promijenilo vjerojatnost prebacivanja molekule na 39%. "Možemo kontrolirati amplitudu i smjer vibracija prema svojoj volji i na taj način modulirati vjerojatnost reakcije molekule na femtosekundnoj ljestvici", naglašava znanstvenik.
Štoviše, ispostavilo se da samo kad je „atomskaruka "primjenjuje superbrze sile na vrlo određene dijelove molekule, uzrokuje vibracijsko gibanje. Kao što su znanstvenici doznali iz usporedbe s kvantno-mehaničkim proračunima koje je izveo Nikolai Molle u Zürichu, to je zbog činjenice da se molekula prianja uz površinu pomoću ključnih atoma. Samo primjenom ultrabrzih sila na ove određene atome znanstvenici su mogli selektivno kontrolirati vibracije molekule.
Ovaj razvoj napokon pruža najvišeizravna kontrola nad molekularnim reakcijama. Očekuje se da će ultrabrze atomske sile pomoći u razumijevanju i manipuliranju ključnim procesima u kemiji i biologiji kako bi nadahnule buduće tehnologije temeljene na jedno-molekularnim uređajima. Dakle, sveprisutno superbrzo kretanje elementarnog sastojka materije može se ne samo promatrati, već i kontrolirati i koristiti s neviđenom preciznošću.
Pročitajte i
Halo Andromede približava se našoj galaksiji. Kažemo vam zašto je to važno
Simptomi koronavirusa kod djece. Na što treba obratiti pažnju?
Jedinstvena molekula razvijena za pohranu sunčeve energije