Atomii și moleculele sunt părțile constitutive ale aproape întregii materii care ne înconjoară.
Cel mai intuitiv, oamenii învațăexplorarea tactilă, cum ar fi împingerea, tragerea sau atingerea. Bineînțeles, suntem obișnuiți cu obiecte macroscopice pe care le putem atinge, stoarce sau împinge direct cu forța. La fel, atomii și moleculele interacționează prin forțe, dar aceste forțe sunt extreme în multe feluri. În primul rând, forțele dintre atomi și molecule apar la distanțe foarte mici. De fapt, aceste obiecte sunt atât de mici încât a fost introdusă o scară specială de lungime pentru a le măsura: 1 Angstrom (1Å = 0,000,000,000,1 m). În al doilea rând, în același timp, atomii și moleculele se mișcă și se mișcă extrem de repede. De fapt, mișcarea lor este mai rapidă decât o picosecundă (1 ps = 0,000,000,000,001 s). Prin urmare, pentru a controla direct o moleculă pe măsură ce se mișcă, este necesar un instrument pentru a crea forțe ultra-rapide la scară atomică.
Acum mai bine de 30 de ani, Eigler și Schweitzer au arătat astacu un microscop cu tunel de scanare, forțele statice pot fi aplicate atomilor individuali. Într-un astfel de microscop, un ac foarte ascuțit este utilizat pentru a detecta atomii și moleculele prin scanarea deasupra lor, ca într-un recorder. O echipă de oameni de știință din Regensburg și Zurich au rezolvat acum problema de a face astfel de forțe suficient de rapide pentru a controla direct molecula pe măsură ce se mișcă și, astfel, pentru a controla reacțiile și tranzițiile acesteia. O echipă din Regensburg condusă de Rupert Huber și Jasha Repp a creat un microscop ultrarapid unic în lume, care combină impulsurile laser femtosecunde, oferind acces la scale de timp ultrarapide, cu microscopie de tunelare de scanare, care permite vizualizarea moleculelor individuale.
Din moment ce lumina esteundă electromagnetică, unda purtătoare oscilantă poate acționa ca o forță super rapidă. Chiar mai rapid decât un ciclu de oscilație a câmpului luminos. Când au aplicat unde de lumină ultrarapide pe vârful atomic al unui microscop, ei ar putea într-adevăr să exercite acest efect local, pe părți separate ale moleculei. „Așadar, putem folosi un ac iluminat cu lumină ca„ mână ”ultrarapidă la scară atomică pentru a împinge atomii individuali ai unei molecule”, explică Dominic Peller, autorul principal al noului studiu.
Sfat de scanare ultrarapid de tunelaremicroscopul (stânga sus) planează peste un comutator molecular (sferele de jos, roșu și negru conectate). Forțele atomice ultrarapide (unde de șoc) determină un atom selectat (sfera roșie) să se deplaseze viguros în moleculă pentru a-și controla reactivitatea pe o scară de timp ultrarapidă. Credit: © Brad Baxley (parttowhole.com) Permis să raporteze despre acest studiu
Echipa a observat că forțele atomice ultra-rapideau fost suficient de puternici pentru a vibra molecula. Această mișcare a fost atât de puternică încât a schimbat probabilitatea de a comuta molecula la 39%. "Putem controla în mod opțional amplitudinea și direcția oscilațiilor și astfel putem modula probabilitatea reacției unei molecule pe o scară de femtosecundă", subliniază omul de știință.
Mai mult, s-a dovedit că numai atunci când „atomicmâna "aplică forțe super rapide asupra unor părți foarte specifice ale moleculei, provoacă mișcare vibrațională. După cum au descoperit oamenii de știință dintr-o comparație cu calculele mecanice cuantice efectuate de Nikolai Molle la Zurich, acest lucru se datorează faptului că molecula se agață de suprafață prin intermediul atomilor cheie. Doar aplicând forțe ultra-rapide acestor atomi, oamenii de știință au putut să controleze selectiv vibrațiile moleculei.
Această dezvoltare oferă în cele din urmă cel mai multcontrolul direct asupra reacțiilor moleculare. Se așteaptă că forțele atomice ultrarapide vor ajuta la înțelegerea și manipularea proceselor cheie din chimie și biologie pentru a inspira tehnologii viitoare bazate pe dispozitive mono-moleculare. Astfel, omniprezenta mișcare rapidă a constituenților elementari ai materiei poate fi observată nu numai, ci și controlată și utilizată cu o precizie fără precedent.
Citește și
Halo-ul Andromeda se apropie de galaxia noastră. Vă spunem de ce este important
Simptomele coronavirusului la copii. La ce ar trebui să acorde atenție?
Moleculă unică dezvoltată pentru stocarea energiei solare