Atomi un molekulas ir gandrīz visas mūs ieskaujošās vielas sastāvdaļas.
Intuitīvāk cilvēki mācāspieskārienu izpēte, piemēram, grūšana, vilkšana vai pieskaršanās. Dabiski, ka mēs esam pieraduši pie makroskopiskiem objektiem, kurus mēs varam tieši pieskarties, saspiest vai virzīt ar spēku. Tāpat atomi un molekulas mijiedarbojas caur spēkiem, taču šie spēki ir ārkārtīgi daudzējādā ziņā. Pirmkārt, spēki starp atomiem un molekulām notiek ļoti mazos attālumos. Patiesībā šie objekti ir tik mazi, ka to mērīšanai tika ieviesta īpaša garuma skala: 1 Angstrēms (1Å = 0,000 000 000,1 m). Otrkārt, tajā pašā laikā atomi un molekulas pārvietojas un ļoti ātri kustas. Patiesībā viņu kustība ir ātrāka nekā pikosekunde (1 ps = 0,000,000,000,001 s). Tādēļ, lai molekulu tieši kontrolētu kustības laikā, ir nepieciešams instruments, lai atomu mērogā radītu īpaši ātrus spēkus.
Pirms vairāk nekā 30 gadiem Eiglers un Šveiters to parādījaar skenējošu tuneļa mikroskopu atsevišķiem atomiem var piemērot statiskos spēkus. Šādā mikroskopā ļoti asu adatu izmanto, lai atklātu atomus un molekulas, tos skenējot, tāpat kā ierakstu atskaņotājā. Regensburgas un Cīrihes zinātnieku komanda tagad ir atrisinājusi problēmu ar šādu spēku radīšanu pietiekami ātri, lai tieši kontrolētu molekulu, kamēr tā pārvietojas, un tādējādi kontrolētu tās reakcijas un pārejas. Regensburgas komanda Ruperta Hubera un Jasha Repa vadībā ir izveidojusi visā pasaulē unikālu ultrafast mikroskopu, kas apvieno femtosekunžu lāzera impulsus, dodot piekļuvi īpaši ātrām laika skalām, ar skenējošo tuneļu mikroskopiju, kas ļauj vizualizēt atsevišķas molekulas.
Tā kā gaisma irelektromagnētiskais vilnis, tā svārstīgais nesējvilnis var darboties kā īpaši ātrs spēks. Pat ātrāk nekā viens gaismas lauka svārstību cikls. Pielietojot mikroskopa atomu galam īpaši ātrus gaismas viļņus, viņi patiešām varēja šo efektu izdarīt lokāli, uz atsevišķām molekulas daļām. "Tāpēc mēs varam izmantot gaismas apgaismotu adatu kā atoma mēroga īpaši ātru" roku ", lai virzītu atsevišķus molekulas atomus," skaidro Dominic Peller, jaunā pētījuma vadošais autors.
Īpaši ātrs skenēšanas tuneļa uzgalismikroskops (augšējā kreisajā stūrī) lidinās virs molekulārā slēdža (savienota apakšējā, sarkanā un melnā sfēra). Īpaši ātri atomu spēki (triecienviļņi) liek molekulas izvēlētajam atomam (sarkanajai sfērai) enerģiski pārvietoties, lai kontrolētu tā reaktivitāti ultrafast laika skalā. Kredīts: © Breds Bakslijs (parttowhole.com) Atļauts ziņot par šo pētījumu
Komanda pamanīja, ka īpaši ātri atomu spēkibija pietiekami spēcīgi, lai vibrētu molekulu. Šī kustība bija tik spēcīga, ka mainīja molekulas maiņas varbūtību līdz 39%. "Mēs pēc izvēles varam kontrolēt svārstību amplitūdu un virzienu un tādējādi modulēt molekulas reakcijas varbūtību femtosekunžu mērogā," uzsver zinātnieks.
Turklāt izrādījās, ka tikai tad, kad “atomuroka "pieliek ultrafast spēkus ļoti specifiskām molekulas daļām, tas izraisa vibrācijas kustību. Kā zinātnieki uzzināja, salīdzinot ar kvantu mehāniskajiem aprēķiniem, ko Nikolajs Molle veica Cīrihē, tas ir saistīts ar faktu, ka molekula pie galvenajiem atomiem pieķeras virsmai. Tikai piemērojot īpaši ātrus spēkus šiem konkrētajiem atomiem, zinātnieki varēja selektīvi kontrolēt molekulas vibrācijas.
Šī attīstība beidzot nodrošina visvairāktieša kontrole pār molekulārajām reakcijām. Paredzams, ka īpaši ātri atomu spēki palīdzēs izprast un manipulēt ar galvenajiem ķīmijas un bioloģijas procesiem, lai iedvesmotu nākotnes vienmolekulu ierīču tehnoloģijas. Tādējādi matērijas pamatsastāvdaļas visuresošo ultrafast kustību var ne tikai novērot, bet arī kontrolēt un izmantot ar vēl nebijušu precizitāti.
Lasīt arī
Andromedas oreols tuvojas mūsu galaktikai. Mēs jums sakām, kāpēc tas ir svarīgi
Koronavīrusa simptomi bērniem. Kas jums vajadzētu pievērst uzmanību?
Unikāla molekula, kas izstrādāta saules enerģijas uzkrāšanai