אטומים ומולקולות הם החלקים המרכיבים כמעט את כל החומר הסובב אותנו.
באופן הכי אינטואיטיבי, אנשים לומדים לפיחקר מישוש, כגון דחיפה, משיכה או הקשה. באופן טבעי, אנו רגילים לחפצים מקרוסקופיים שנוכל לגעת בהם ישירות, לסחוט או לדחוף אותם בכוח. כמו כן, אטומים ומולקולות מתקשרים באמצעות כוחות, אך כוחות אלה הם קיצוניים במובנים רבים. ראשית, הכוחות בין אטומים למולקולות מתרחשים במרחקים קטנים מאוד. למעשה, חפצים אלה כה קטנים עד שהוצג סולם אורך מיוחד למדידתם: 1 אנגסטרום (1Å = 0,000,000,000,1 מ '). שנית, במקביל, אטומים ומולקולות נעים ומתנועעים במהירות רבה. למעשה, התנועה שלהם מהירה יותר מפיקו-שנייה (1 נ"ז = 0,000,000,000,001 שניות). לכן, כדי לשלוט ישירות על מולקולה תוך כדי תנועה נדרש כלי ליצירת כוחות מהירים במיוחד בקנה מידה אטומי.
לפני יותר מ -30 שנה אייגלר ושוויצר הראו זאתבאמצעות מיקרוסקופ מנהור סריקה, ניתן להפעיל כוחות סטטיים על אטומים בודדים. במיקרוסקופ כזה משתמשים במחט חדה מאוד לגילוי אטומים ומולקולות על ידי סריקה מעליהם, כמו בנגן תקליטים. צוות מדענים מרגנסבורג וציריך פתר כעת את הבעיה של הפיכת כוחות כאלה למהירים מספיק כדי לשלוט ישירות במולקולה תוך כדי תנועה, וכך לשלוט בתגובותיה ובמעבריה. צוות מרגנסבורג בראשותו של רופרט הובר וג'אשה רפ יצר מיקרוסקופ אולטרה-מהיר ייחודי בעולם המשלב פעימות לייזר פמטו-שניות, ומעניק גישה לסולמות זמן מהירים במיוחד, עם מיקרוסקופיית מנהרות סריקה המאפשרת הדמיה של מולקולות בודדות.
מכיוון שהאור הואגל אלקטרומגנטי, גל המוביל המתנודד שלו יכול לשמש ככוח מהיר במיוחד. אפילו מהיר יותר ממחזור תנודה אחד של שדה אור. כאשר הם הפעילו גלי אור מהירים על קצה האטום של המיקרוסקופ, הם אכן יכלו להשפיע באופן מקומי על חלקים בודדים של המולקולה. "כדי שנוכל להשתמש במחט מוארת כ"יד" מהירה במיוחד בקנה מידה אטומי כדי לדחוף את האטומים הבודדים במולקולה, "מסביר דומיניק פלר, המחבר הראשי של המחקר החדש.
טיפ מנהרה לסריקה מהיר במיוחדמיקרוסקופ (למעלה משמאל) מרחף מעל מתג מולקולרי (תחומים תחתונים, אדומים ושחורים). כוחות אטומיים מהירים (גלי הלם) גורמים לאטום נבחר (כדור אדום) לנוע במרץ במולקולה כדי לשלוט בתגובתיות שלו בסולם זמן מהיר במיוחד. אשראי: © בראד באקסלי (parttowhole.com) מורשה לדווח על מחקר זה
הצוות שם לב שכוחות האטום המהירים במיוחדהיו חזקים מספיק כדי לרטט את המולקולה. תנועה זו הייתה כה חזקה עד ששינתה את ההסתברות להחליף את המולקולה ל -39%. "אנו יכולים לשלוט על משרעת וכיוון התנודות כרצונם ובכך לווסת את ההסתברות לתגובת מולקולה בקנה מידה של פמטו-שנייה", מדגיש המדען.
יתר על כן, התברר שרק כאשר "אטומייד "מפעילה כוחות מהירים במיוחד על חלקים ספציפיים מאוד של המולקולה, והיא גורמת לתנועה רטטית. כפי שגילו המדענים מהשוואה לחישובים מכניים קוונטיים שביצע ניקולאי מולה בציריך, זה נובע מהעובדה שהמולקולה נצמדת לפני השטח באמצעות אטומי מפתח. רק על ידי הפעלת כוחות מהירים במיוחד על האטומים הספציפיים הללו, יכלו המדענים לשלוט באופן סלקטיבי בתנודות של המולקולה.
סוף סוף ההתפתחות הזו מספקת הכי הרבהשליטה ישירה על תגובות מולקולריות. כוחות אטומיים מהירים במיוחד צפויים לסייע בהבנת וטיפול בתהליכים מרכזיים בכימיה ובביולוגיה בכדי לעורר השראה לטכנולוגיות עתידיות המבוססות על מכשירים חד מולקולריים. לפיכך, לא ניתן לראות את התנועה העל-מהירה הנמצאת בכל מקום של המרכיב האלמנטרי של החומר, אלא גם לשלוט ולהשתמש בדיוק חסר תקדים.
קרא גם
הילה אנדרומדה מתקרב לגלקסיה שלנו. אנו אומרים לך מדוע זה חשוב
תסמינים של נגיף קורונה אצל ילדים. למה כדאי לשים לב?
מולקולה ייחודית שפותחה לאחסון אנרגיה סולארית