Atomai ir molekulės yra beveik visos mus supančios medžiagos sudedamosios dalys.
Intuityviausiai žmonės mokosilytėjimo žvalgymas, pvz., stumdymas, traukimas ar bakstelėjimas. Natūralu, kad esame įpratę prie makroskopinių objektų, kuriuos galime tiesiogiai paliesti, išspausti ar stumti jėga. Panašiai atomai ir molekulės sąveikauja per jėgas, tačiau šios jėgos yra kraštutinės daugeliu atžvilgių. Pirma, jėgos, veikiančios tarp atomų ir molekulių, atsiranda labai mažais atstumais. Tiesą sakant, šie objektai yra tokie maži, kad jiems matuoti buvo įvesta speciali ilgio skalė: 1 Angstremas (1Å = 0,000 000 000,1 m). Antra, tuo pačiu metu atomai ir molekulės juda ir labai greitai vingiuoja. Tiesą sakant, jų judėjimas yra greitesnis nei pikosekundė (1 ps = 0,000,000,000,001 s). Taigi norint tiesiogiai valdyti molekulę jai judant, reikia įrankio, leidžiančio sukurti itin greitas jėgas atomo mastu.
Daugiau nei prieš 30 metų tai parodė Eigleris ir Schweitzerisnaudojant nuskaitymo tunelinį mikroskopą, atskiriems atomams gali būti taikomos statinės jėgos. Tokiame mikroskope labai aštri adata naudojama atomų ir molekulių aptikimui, juos nuskaitant, kaip įrašų grotuve. Regensburgo ir Ciuricho mokslininkų komanda jau išsprendė problemą, kad tokios jėgos būtų pakankamai greitos, kad galėtų tiesiogiai kontroliuoti judančią molekulę ir taip kontroliuoti jos reakcijas bei perėjimus. Regensburgo komanda, vadovaujama Rupert Huber ir Jasha Repp, sukūrė visame pasaulyje unikalų ultragreitą mikroskopą, kuris sujungia femtosekundinius lazerio impulsus, suteikdamas prieigą prie itin greitų laiko skalių, su nuskaitymo tunelio mikroskopija, kuri leidžia vizualizuoti atskiras molekules.
Kadangi šviesa yraelektromagnetinė banga, jos svyruojanti nešlio banga gali veikti kaip itin greita jėga. Net greičiau nei vienas šviesos lauko virpesių ciklas. Kai jie pritaikė ultragarso šviesos bangas ant mikroskopo atomo galo, jie iš tikrųjų galėjo tai padaryti lokaliai, atskirose molekulės dalyse. „Taigi mes galime naudoti šviesą apšviestą adatą kaip atominę ultragreitą„ ranką “, norėdami stumti atskirus molekulės atomus“, - paaiškina Dominicas Pelleris, pagrindinis naujo tyrimo autorius.
Itin greitas nuskaitymo tunelio antgalismikroskopas (viršuje kairėje) užveda molekulinį jungiklį (apatinė, raudona ir juoda sferos sujungtos). Dėl itin greitų atominių jėgų (smūginių bangų) pasirinktas atomas (raudona sfera) energingai juda molekulėje, norėdamas kontroliuoti savo reaktyvumą ultragreitoje laiko skalėje. Autorius: © Bradas Baxley (parttowhole.com) Leista pranešti apie šį tyrimą
Komanda pastebėjo, kad itin greitos atominės jėgosbuvo pakankamai stiprios, kad molekulė vibruotų. Šis judėjimas buvo toks stiprus, kad pakeitė tikimybę pakeisti molekulę iki 39%. "Mes galime kontroliuoti vibracijų amplitudę ir kryptį savo nuožiūra ir taip moduliuoti molekulės reakcijos tikimybę femtosekundės skalėje", - pabrėžia mokslininkas.
Be to, paaiškėjo, kad tik tada, kai „atominisranka "labai greitas jėgas taiko labai specifinėms molekulės dalims, tai sukelia vibracinį judėjimą. Kaip mokslininkai sužinojo iš palyginimo su kvantiniais mechaniniais skaičiavimais, kuriuos atliko Nikolajus Molle Ciuriche, taip yra dėl to, kad molekulė prilimpa prie paviršiaus per pagrindinius atomus. Tik taikydami itin greitas jėgas šiems konkretiems atomams, mokslininkai galėjo selektyviai kontroliuoti molekulės vibracijas.
Pagaliau ši plėtra suteikia daugiausiai naudostiesioginė molekulinių reakcijų kontrolė. Tikimasi, kad ypač greitos atominės jėgos padės suprasti pagrindinius chemijos ir biologijos procesus ir jais manipuliuoti, kad įkvėptų ateities vienmolekulinių įrenginių technologijas. Taigi, elementarus materijos komponentų judėjimas visur gali būti ne tik stebimas, bet ir valdomas bei naudojamas precedento neturinčiu tikslumu.
Taip pat skaitykite
Andromedos aureolė artėja prie mūsų galaktikos. Mes jums sakome, kodėl tai svarbu
Vaikų koronaviruso simptomai. Į ką turėtum atkreipti dėmesį?
Unikali molekulė sukurta saulės energijai kaupti