Kontrola pojedynczej cząsteczki za milionową część miliardowej części sekundy

Od chemtrails do pseudożycia: Mroczne plany biologii syntetycznej (Lipiec 2019).

Anonim

Fizycy z Uniwersytetu w Bath odkryli, jak manipulować i kontrolować poszczególne cząsteczki na milion-milionową część sekundy, po tym, jak zaintrygowały ich niektóre dziwaczne wyniki.

Ich nowa technika jest najbardziej czułym sposobem kontrolowania reakcji chemicznej na niektórych najmniejszych skalach, na których naukowcy mogą pracować - na poziomie pojedynczej cząsteczki. Otworzy możliwości badawcze w dziedzinie nanonauki i nanofizyki.

Eksperyment na skrajnej granicy nanonauki nazywany "manipulacją molekularną STM (skaningowy mikroskop tunelowy)" jest często wykorzystywany do obserwowania, w jaki sposób poszczególne cząsteczki reagują, gdy wzbudza się je poprzez dodanie pojedynczego elektronu.

Tradycyjny chemik może używać probówki i palnika Bunsena do napędzania reakcji; tutaj używali mikroskopu i jego prądu elektrycznego do napędzania reakcji. Prąd jest tak mały, że jest bardziej zbliżony do serii pojedynczych elektronów uderzających w cząsteczkę docelową. Ale cały ten eksperyment jest pasywnym procesem - po dodaniu elektronu do cząsteczki naukowcy obserwują tylko to, co się dzieje.

Ale kiedy dr Kristina Rusimova przeanalizowała swoje dane z laboratorium podczas wakacji, odkryła pewne anormalne wyniki w standardowym eksperymencie, który po dalszych badaniach nie mógł być wyjaśniony. Kiedy prąd elektryczny jest podniesiony, reakcje zawsze idą szybciej, z wyjątkiem tego, że tak się nie stało.

Dr Rusimova i jego koledzy spędzili miesiące zastanawiając się nad możliwymi wyjaśnieniami, aby obalić efekt i powtarzając eksperymenty, ale ostatecznie zdali sobie sprawę, że znaleźli sposób na kontrolowanie eksperymentów z pojedynczą cząsteczką w niespotykany dotąd sposób, w nowych badaniach opublikowanych w Science.

Zespół odkrył, że trzymając czubek mikroskopu bardzo blisko badanej cząsteczki, w granicach 600-800 trylionetrów metra, długość czasu, przez jaki elektron przyczepia się do cząsteczki docelowej, może zostać zmniejszona o ponad dwa rzędy wielkości, w ten sposób można kontrolować wynikową reakcję, w tym przypadku doprowadzając pojedyncze cząsteczki toluenu do podniesienia (desorpcji) z powierzchni krzemu.

Zespół wierzy, że dzieje się tak dlatego, że czubek i cząsteczka wchodzą w interakcje, tworząc nowy stan kwantowy, który oferuje nowy kanał dla elektronu, który przeskakuje z cząsteczki, redukując w ten sposób czas spędzany przez elektrony na cząsteczce, zmniejszając w ten sposób szanse na to. elektron powodujący reakcję.

W najbardziej czułym oznacza to, że czas reakcji może być kontrolowany ze względu na naturalną granicę do 10 femtosekund w dół do zaledwie 0, 1 femtosekund.

Dr Rusimova powiedział: "To były dane z całkowicie standardowego eksperymentu, który wykonywaliśmy, ponieważ uważaliśmy, że wyczerpaliśmy wszystkie interesujące rzeczy - to była tylko ostateczna kontrola, ale moje dane wyglądały" nie tak "- wszystkie wykresy miały pójść mój i mój upadł. "

Dr Peter Sloan, główny autor badania, dodał: "Jeśli to było poprawne, uzyskaliśmy zupełnie nowy efekt, ale wiedzieliśmy, że jeśli będziemy żądać czegoś tak uderzającego, musimy wykonać pewną pracę, aby upewnić się, że jest prawdziwa, a nie do fałszywych alarmów. "

"Zawsze uważam, że nasz mikroskop przypomina nieco Sokoła Millenium, niezbyt elegancki, trzymany razem przez ludzi, którzy nim rządzą, ale absolutnie fantastyczny w tym, co robi. Między Kristiną a doktorantką Rebeccą Purkiss na poziomie kontroli przestrzennej mieli nad mikroskopem klucz do odblokowania tej nowej fizyki. "

Dr Sloan dodał: "Podstawowym celem tej pracy jest opracowanie narzędzi, które pozwolą nam kontrolować materię w tej ekstremalnej granicy: czy to zerwanie wiązań chemicznych, których natura naprawdę nie chce, abyś złamał, czy tworzenie architektur molekularnych, które są W naszej pracy jest nowa droga do kontrolowania pojedynczych molekuł i ich reakcji.Zasadniczo mamy nową tarczę, którą możemy ustawić podczas prowadzenia naszego eksperymentu, ekstremalna natura pracy na tych skalach sprawia, że ​​trudno to zrobić, ale mamy ekstremalną rozdzielczość i odtwarzalność za pomocą tej techniki. "

Zespół ma nadzieję, że ich nowa technika otworzy drzwi do wielu nowych eksperymentów i odkryć w nanoskali, dzięki opcjom, które zapewnia po raz pierwszy.

menu
menu