Ученые нашли способ поймать и удерживать в ловушке единственные молекулы - «Наука и технологии»

Группа ученых из Национальной лаборатории Ок-Ридж и университета Теннеси разработала, правда, пока только в теории, способ, при помощи которого можно заманить в ловушку и удерживать в ней единичные молекулы различных химических соединений. Молекулы, удерживаемые лазерным светом внутри металлической ловушки, имеющей форму пончика, станут доступны для детального изучения их свойств и их возможных энергетических состояний. Полученные в ходе таких исследований данные позволят разработать новые устройства хранения данных, технологии квантовых вычислений и создать новые научные инструменты, обладающие недостижимой на сегодняшний день разрешающей способностью.

"У любой достаточно сложной молекулы имеется масса степеней свободы, масса различных положений ее атомов, каждому из которых соответствует определенный энергетический или динамический уровень молекулы. Эти уровни постоянно изменяются и части молекулы находятся в непрерывных колебаниях, перемещениях и вращении" - рассказывает Али Пэссиэн (Ali Passian), ученый из Национальной лаборатории Ок-Ридж, - "В течение нескольких десятков лет ученые искали способы использования в своих интересах различных состояний молекул, которые могут использоваться в высокоточных измерительных инструментах, в устройствах хранения информации и в квантовых вычислениях".

"Поимка" одной единственной молекулы, определенно не является простой задачей с учетом малого ее размера. Ведь молекулы небольшой сложности имеют размер порядка одного нанометра. И для того, чтобы иметь возможность поймать столь крошечный объект, необходимо использовать не менее крошечную ловушку.

Расчеты, выполненные учеными, показали, что в качестве молекулярной ловушки может выступать наноразмерный металлический объект в форме тора. Предполагается, что материалом для этой ловушки станет золото, некоторые свойства которого позволят создать под воздействием лазерного света своего рода силовое поле, которое будет окружать удерживаемую молекулу. Физика, стоящая позади этих процессов, достаточно сложна и в ней задействованы так называемые поверхностные плазмоны, колеблющиеся облака свободных электронов, возникающие на поверхности некоторых металлов при воздействии на них светом лазера. Некоторые из результатов теоретических расчетов указывают на то, что возникающих в такой ловушке сил будет достаточно не только для того, чтобы выхватить и удерживать небольшие единичные молекулы, их может хватить и для того, чтобы поймать и удерживать объекты больших размеров, такие, как сложные молекулы, состоящие из десятков и сотен атомов, или даже небольшие наночастицы.

В ближайшем будущем исследователи планируют изготовить золотые молекулярные ловушки при помощи самых современных методов нанопроизводства. После этого, при помощи технологий сканирующей микроскопии будут произведены измерения чрезвычайно слабых сил, возникающих в этих ловушках, и если все это пройдет удачно, то начнется разработка технологии, которая позволит произвести матрицу из множества таких ловушек на поверхности кристалла одного чипа.

"Если нам удастся зафиксировать в ловушке отдельные молекулы, мы получим возможность досконального изучения их спектроскопических и электромагнитных свойств. При этом будет полностью исключено нежелательное влияние со стороны соседних молекул и от энергии излучений, проникающих извне" - рассказывает Али Пэссиэн.