Átomos e moléculas são as partes constituintes de quase toda a matéria que nos rodeia.
Mais intuitivamente, as pessoas aprendem porexploração tátil, como empurrar, puxar ou bater. Naturalmente, estamos acostumados a objetos macroscópicos que podemos tocar, apertar ou empurrar diretamente com força. Da mesma forma, átomos e moléculas interagem por meio de forças, mas essas forças são extremas de muitas maneiras. Primeiro, as forças entre átomos e moléculas ocorrem a distâncias muito pequenas. Na verdade, esses objetos são tão pequenos que uma escala especial de comprimento foi introduzida para medi-los: 1 Angstrom (1Å = 0,000,000,000,1 m). Em segundo lugar, ao mesmo tempo, átomos e moléculas se movem e balançam extremamente rápido. Na verdade, seu movimento é mais rápido do que um picossegundo (1 ps = 0,000,000,000.001 s). Portanto, para controlar diretamente uma molécula enquanto ela se move, é necessária uma ferramenta para criar forças ultrarrápidas em escala atômica.
Mais de 30 anos atrás, Eigler e Schweitzer mostraram queusando um microscópio de tunelamento de varredura, forças estáticas podem ser aplicadas a átomos individuais. Em tal microscópio, uma agulha muito afiada é usada para detectar átomos e moléculas examinando-os, como em um toca-discos. Uma equipe de cientistas de Regensburg e Zurique resolveu agora o problema de tornar essas forças rápidas o suficiente para controlar diretamente a molécula conforme ela se move e, assim, controlar suas reações e transições. Uma equipe de Regensburg, liderada por Rupert Huber e Jasha Repp, criou um microscópio ultrarrápido único no mundo que combina pulsos de laser de femtossegundos, dando acesso a escalas de tempo ultrarrápidas, com microscopia de tunelamento de varredura, que permite a visualização de moléculas individuais.
Já que a luz éonda eletromagnética, sua onda portadora oscilante pode atuar como uma força super rápida. Ainda mais rápido do que um ciclo de oscilação de campo de luz. Quando eles aplicaram ondas de luz ultrarrápidas à ponta atômica do microscópio, eles puderam de fato exercer esse efeito localmente, em partes separadas da molécula. “Portanto, podemos usar uma agulha iluminada por luz como uma 'mão' ultrarrápida em escala atômica para empurrar os átomos individuais de uma molécula”, explica Dominic Peller, principal autor do novo estudo.
Dica de tunelamento de varredura ultrarrápidamicroscópio (canto superior esquerdo) paira sobre o interruptor molecular (fundo, esferas vermelhas e pretas conectadas). Forças atômicas ultrarrápidas (ondas de choque) fazem com que um átomo selecionado (esfera vermelha) se mova vigorosamente na molécula para controlar sua reatividade em uma escala de tempo ultrarrápida. Crédito: © Brad Baxley (parttowhole.com) Com permissão para relatar neste estudo
A equipe percebeu que as forças atômicas ultrarrápidaseram fortes o suficiente para vibrar a molécula. Esse movimento foi tão forte que mudou a probabilidade de mudar a molécula para 39%. “Podemos controlar a amplitude e a direção das vibrações à vontade e, assim, modular a probabilidade de reação de uma molécula na escala de femtossegundos”, enfatiza o cientista.
Além disso, descobriu-se que apenas quando "atômicomão "aplica forças ultrarrápidas a partes muito específicas da molécula, causando movimento vibracional. Como os cientistas descobriram em uma comparação com os cálculos da mecânica quântica realizados por Nikolai Molle em Zurique, isso se deve ao fato de que a molécula se adere à superfície por meio de átomos-chave. Somente aplicando forças ultrarrápidas a esses átomos em particular os cientistas poderiam controlar seletivamente as vibrações da molécula.
Este desenvolvimento finalmente fornece o máximocontrole direto sobre as reações moleculares. Espera-se que as forças atômicas ultrarrápidas ajudem a compreender e manipular processos-chave em química e biologia para inspirar futuras tecnologias de dispositivos de molécula única. Assim, o movimento ultrarrápido ubíquo do constituinte elementar da matéria pode não apenas ser observado, mas também controlado e usado com precisão sem precedentes.
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