新技術實現『原子手』 可移動分子内單個原子

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【大紀元2020年09月22日訊】(大紀元記者高文森編譯報導)新研究在掃瞄隧道顯微鏡的基礎上,向探針施加超快激光脈衝,實現了在萬億分之一秒內這樣短的瞬間,以可控的力度推動了分子內的單個原子

超快速顯微鏡所用的探針在分子表面掃瞄的情形,研究者比喻說,就像留聲機的唱針在唱盤上移動一樣。德國雷根斯堡大學(University of Regensburg)的研究人員發現,在光波的作用下,探針可以控制分子移動方向。

原子和分子構成了物質世界中幾乎任何物質。它們之間遵循量子學規律產生互動後,組成有著無盡的功能的各種複雜系統。現在科學家已經能夠觀測到非常微觀層面粒子互動的情形,但是如果能控制它們的互動,那在化學反應、細胞內生物代謝過程,或是以新的方式捕獲太陽能等領域都有著廣闊的應用前景。

相對於周圍看得見摸得著的物體,原子、分子是微觀世界內的物體。它們之間也有作用力、距離、時間範圍這些物理特性,但是必須用微觀世界專用的單位才能測量和描述它們。

比如,它們之間的距離用埃(Ångström,符號Å)來表示,1埃相當於10的負10次方米。原子和分子發生移動的時間間隔也微乎其微,一般都不到幾個皮秒(picosecond,符號ps),1皮秒相當於10的負12次方秒。

因此,要直接移動微觀世界的原子,需要一個能在極短的時間範圍內施加作用力的工具。

三十多年前,科學家發現掃瞄隧道顯微鏡可以向單個原子施加靜態作用力。新研究在此基礎上,造出了世界上獨有的一個結合飛秒(10的負15次方秒)激光脈衝與掃瞄隧道顯微鏡的設備。

研究稱,因為光是電磁波,它的振蕩載波可以作為超快作用力,施力的瞬間還不到一個振蕩週期的時間範圍。當研究人員將超快光波作用於顯微鏡的探針,他們果然可以向分子的特定區域施加一個超快的作用力。

「通過這種方法,我們可以使用光照下的探針作為超快『原子手』,推動分子內單個的原子。」這份研究的主要作者佩勒(Dominik Peller)說。

這份研究發現,這種超快作用力足以觸發分子的振動,所產生的運動幅度有39%的可能性可以改變分子開關的狀態。佩勒說:「我們能按照需要控制振動的振幅和方向,由此可以在飛秒範圍內調整分子產生特定反應的可能性。」◇

責任編輯:朱涵儒

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