Срочные новости раздела
Физики увидели гигантскость ионизированных ридберговских молекул

Физики увидели гигантскость ионизированных ридберговских молекул

Немецкие физики сообщили об успешном синтезе ионизированных ридберговских молекул с помощью облучения лазерами ультрахолодного облака атомов рубидия. Они не только смогли снять их колебательный спектр, но также и визуализировать распределение ядер внутри нее с помощью ионного микроскопа. Результаты показали, что типичное расстояние между ядрами в такой молекуле слегка превышает четыре микрометра. © Nicolas Zuber et al. / Nature, 2022

Ридберговские атомы — это крайне интересные объекты. Они представляют собой атомы, у которых один из электронов возбужден настолько сильно, что радиус его орбиты на несколько порядков превышает таковой у обычного атома. Если расположить остовы ридберговских атомов в ячейки оптической решетки, то такие массивы можно использовать в качестве квантовых симуляторов.

Другой интерес к ридберговским атомам связан с задачами ультрахолодной химии, развитие которой позволило изучать новые типы химической связи, недоступные в обычной химии. Молекулы с участием таких атомов обладают гигантскими размерами (порядка микрометра) и дипольными моментами (порядка нескольких тысяч дебай), а волновые функции ридберговских электронов имеют очень сложную форму, напоминающую трилобита. В русле этих исследований теоретики активно обсуждают свойства ионизованных ридберговских молекул, то есть связи иона и ридберговского атома, но данных об их успешном синтезе до недавнего времени не было.

Теперь же Тильман Пфау (Tilman Pfau) вместе со своими коллегами из Штутгартского университета сообщили о том, что им удалось получить и исследовать такие ионизированные молекулы, облучая лазерами облако ультрахолодных атомов рубидия. Ученым не только удалось снять спектр и подтвердить образование этих экзотических объектов, но и визуализировать с помощью ионного микроскопа распределение остова ридберговского атома относительно иона, подтвердив, что длина образующейся в молекуле химической связи чуть больше четырех микрометров.

Качественно механизм образования ионизированной ридберговской молекулы можно понять, если следить за дипольным моментом атома по мере его приближения к иону. На достаточно далеких расстояниях положительное поле иона эффективно перераспределяет электронную плотность в свою сторону, из-за чего весь атом притягивается к нему. Однако в некоторых случаях при приближении атома его дипольный момент может поменять направление. На более строгом языке это можно описать с помощью антипересечения зависимостей энергий разных ридберговских состояний от расстояния. Расчеты показывают, что потенциальная яма образуется на верхней ветви антипересечения, когда ион и остов ридберговского атома разделены несколькими микронами.

Ориентируясь на эти вычисления, авторы разработали протокол эксперимента. Он состоял из синтеза ионизированных ридберговских молекул в ультрахолодном (20 микрокельвин) облаке атомов рубидия с помощью лазерных лучей. Физики использовали пучки света с длинами волн 420 и 1010 нанометров для двухфотонной ионизации одного атома, а пучки с длинами волн 780 и 480 для двухфотонного возбуждения другого и фотоассоциации обоих в нужную связанную систему. Продукты ее распада фиксировал ионный микроскоп с помощью ускоряющих и диссоциирующих электрических полей. Полный эксперимент состоял из 6080 циклов измерений.

Ученые удостоверились в том, что в облаке рождаются нужные молекулы несколькими способами. Во-первых, они строили зависимость частоты срабатывания детектора от отстройки фотоассоциирующего (480 нанометров) лазерного луча с шагом в полмегагерца. Это позволило им прозондировать хрупкую колебательную структуру молекулы и убедится в том, что теория прекрасно ее воспроизводит. Во-вторых, авторы, помимо обычного ускоряющего электрического поля ионного микроскопа, разгоняющего ионы вдоль его оптической оси, прикладывали слабое (2,3 милливольт на сантиметр) поперечное поле. Это приводило к появлению двух пятен в фокальной плоскости микроскопа, чьи расстояния от начала координат отличались ровно в два раза. Одно из пятен соответствовало одиночным ионам рубидия, а второе — молекулярным ионам, чья масса в два раза больше.

Наконец, физики смогли визуализировать то, как распределены друг относительно друга ион и остов ридбергского атома. Для этого в обычном режиме работы микроскопа они собирали статистику по расстояниям и пространственным ориентациям сигналов, соответствующих прилету двух ионов (второй ион появлялся после распада ридберговского атома). Результат они представили в виде распределения остова относительно иона для двух различных поляризаций последнего лазерного луча (8000 и 12000 измерений). Полученное изображение показало, что наиболее вероятное расстояние между ядрами равно 4,3 микрометра.

Распределение остова ридберговского атома относительно иона в молекуле для двух разных поляризаций фотоассоциирующего луча с длиной волны 480 нанометров. Сверху – эксперимент, снизу – симуляция.© Nicolas Zuber et al. / Nature, 2022

Статья  опубликовано в  журнале NatureИсточник: Марат Хамадеев nplus1.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Ученые из Института зоологии Китайской академии наук и Государственной лаборатории стволовых клеток и репродуктивной биологии впервые получили генетически модифицированных мышей с измененным
подробнее...

Исследователи из Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха сравнили, как разные методы предсказания структуры белка влияют на дальнейшую оценку его стабильности после мутации. Оказалось, что
подробнее...

Посевные культуры и другие растения часто подвергаются атаке со стороны бактерий, вирусов и иных патогенов. В отличие от животных, у растений нет специализированных иммунных клеток, которые могут
подробнее...

Международная группа палеонтологов во главе с учеными из Технологического института Вирджинии (США) описала нового зароподоморфа и дала ему имя. Возраст скелета динозавра, который сохранился почти
подробнее...

Физики из 13 стран рассказали о результатах исследования относительной частоты рождения короткодействующих двухнуклонных корреляций в легчайших зеркальных ядрах, содержащих по три нуклона. Данные были
подробнее...

Коллектив учёных из Сколтеха опубликовал серию из трёх работ, посвящённых разным аспектам проникновения морской соли и других солей в мёрзлый грунт, содержащий газовые гидраты — льдоподобные
подробнее...

Группа ученых из Санкт-Петербурга показала, как работают гены на хромосомах типа ламповых щеток — особой формы хромосом, которые появляются в яйцеклетках кур. Оказалось, что с хромосом происходит
подробнее...

Коллектив зоологов из Чили, Аргентины, Германии и США опубликовал описание  нового вида птиц , обитающего на островах Диего-Рамирес, расположенных в проливе Дрейка примерно в 100 км к юго-западу от
подробнее...

Биологи из Университета Флориды и Нью-Йоркского университета (США) определили, что муравьиные королевы значительно увеличивают выработку инсулина, что способствует развитию яиц. Но матки также
подробнее...

Исследователи из Йельского университета (США) обнаружили, что воздействие света на нанопроволоки, созданные биопленочными сообществами бактерий, может увеличить электропроводность в этих природных
подробнее...

Китайские физики заставили бозе-конденсат атомов распределиться по синтетической импульсной решетке, полученной с помощью встречных лазеров с различным набором частот. Такая система понадобилась им,
подробнее...

Ученые физического факультета МГУ вместе с коллегами из Института общей и неорганической химии имени Н.С. Курнакова РАН и Национального исследовательского университета МИЭТ придумали способ кодировать
подробнее...

Ученые МГУ предложили новую молекулярную систему для управления активностью генов. В ее основе лежит искусственно сконструированный комплекс на базе вирусного фермента, способный присоединяться к
подробнее...

В настоящее время науке известны онкогенные мутации в более чем 300 генах, и зачастую возникает необходимость ранжировать их, чтобы определить мишени для основного воздействия при лечении. Но в
подробнее...

Новое исследование на мышах — и небольшое испытание, уже проведенное на людях — открывает перспективы лечения, которое поможет уменьшить когнитивные проблемы у людей с синдромом Дауна.
подробнее...

Испанские исследователи из Университета Овьедо изучили геном медузы Turritopsis dohrnii, известной как «бессмертная медуза». В отличие от родственных видов, эта медуза способна при определенных
подробнее...

Российские ученые предложили микробиологический метод, позволяющий эффективно синтезировать урсодезоксихолевую кислоту — препарат, который широко используется при лечении различных заболеваний печени.
подробнее...

Физики-теоретики обнаружили, что в концентрических кольцах фотонов, которые вращаются вокруг черных дыр, есть конформная симметрия — внешние кольца являются увеличенной копией внутренних. Для этого
подробнее...