Vienos molekulės kontrolė milijoninės sekundės sekundės

Mikropasaulis: vienos snaigės gyvenimo istorija (Birželis 2019).

Anonim

Baterijos universiteto fizikai atrado, kaip manipuliuoti ir valdyti atskiras molekules milijontajai sekundės sekundei, po to, kai jai įkvėpė kai kurie nenuoseklūs rezultatai.

Jų nauja technika yra jautriausias būdas kontroliuoti cheminę reakciją kai kurioms mažiausioms skalėms, kurias gali atlikti mokslininkai - vienos molekulės lygiu. Tai atvers mokslinių tyrimų galimybes visose nanomokslų ir nanofizikos srityse.

Eksperimentas, atliekamas pagal didžiąją nanomokslo ribą, vadinamą "STM (nuskaitymo tunelio mikroskopu) molekulinės manipuliacijos", dažnai naudojamas norint stebėti, kaip atskiros molekulės reaguoja, kai susijaudinėjamos, pridedant vieną elektroną.

Tradicinis chemikas gali naudoti bandymo mėgintuvėlį ir Bunseno degiklį, kad vairuotų reakciją; Čia jie panaudojo mikroskopą ir jo elektros srovę, norėdami vairuoti reakciją. Srovė yra tokia maža, ji labiau panaši į atskirų elektronų, nukentėjusių į tikslinę molekulę, serija. Tačiau visas šis eksperimentas yra pasyvus procesas - kai elektronas pridedamas prie molekulės, mokslininkai tik stebi, kas atsitiks.

Tačiau kai daktarė Kristina Rusimova peržiūrėjo savo duomenis iš laboratorijos atostogų metu, ji atrado keletą anomalių rezultatų standartiniame eksperimente, kurio tolesnio tyrimo negalima paaiškinti. Kai įjungiama elektros srovė, reakcijos visada vyksta greičiau, išskyrus atvejus, kai to nepadarė.

Dr. Rusimova ir jo kolegos daugelį mėnesių praleido mąstyti apie galimus paaiškinimus, kad iškraipytų poveikį ir pakartotų eksperimentus, bet galų gale suprato, kad jie atrado būdą, kaip kontroliuoti vieno molekulių eksperimentus iki beprecedenčio laipsnio, naujose mokslo publikacijose.

Komanda atrado, kad išlaikydami mikroskopo galiuką labai arti tyrinėjamos molekulės, per 600-800 trilijoną metrą, trukmė, kiek laiko elektronas priliks prie tikslinės molekulės, gali būti sumažinta daugiau kaip dviem laipsniais, ir taip susidariusią reakciją, čia galima valdyti atskiras tolueno molekules, kad būtų galima pakelti (desorbuoti) iš silicio paviršiaus.

Komanda mano, kad taip yra todėl, kad galva ir molekulė sąveikauja, kad sukurtų naują kvantinę būseną, kuri siūlo naują kanalą, kad elektronas galėtų išmėginti iš molekulės, taigi sumažina laiką, kurį elektronas praleidžia molekulėje, ir tokiu būdu sumažina jo galimybes elektronas, sukeliantis reakciją.

Labiausiai jautriai tai reiškia, kad reakcijos laikas gali būti kontroliuojamas natūraliai iki 10 femtosekundžių iki 0, 1 femtosekundžių.

Dr. Rusimova sakė: "Tai buvo duomenys iš visiškai standartinio eksperimento, kurį atliekome, nes manėme, kad išnaudojome visas įdomias medžiagas - tai tik galutinis patikrinimas, bet mano duomenys atrodė" neteisingi "- visi grafikai turėjo eiti ir mano nusileido ".

Tyrimo autorius dr. Peteris Sloanas pridūrė: "Jei tai būtų teisinga, turėjome visiškai naują efektą, bet mes žinojome, ar mes ketiname reikalauti tokio įspūdingo dalyko, kad mums reikėjo atlikti tam tikrą darbą, kad įsitikintume, jog tai reali, o ne iki klaidingų teigiamų rezultatų. "

"Aš visada manau, kad mūsų mikroskopas yra šiek tiek panašus į" Tūkstantmečio kumpį ", kuris nėra pernelyg elegantiškas, laikomas kartu su jį valdančiais žmonėmis, bet visiškai fantastinis, ką jis daro. Tarp Kristinos ir Ph.D. studento Rebecca Purkisso erdvinės kontrolės lygis jie turėjo mikroskopą, buvo raktas į šios naujos fizikos atrakinimą. "

Dr. Sloanas pridūrė: "Pagrindinis šio darbo tikslas yra sukurti priemones, leidžiančias mums kontroliuoti medžiagą šiuo kraštutiniu ribojimu. Būti tai, kad cheminių ryšių trūkumas, kad gamta iš tikrųjų nenori, kad jūs pertrauktumėte arba pagamintumėte molekulines struktūras, kurios yra Termodinamiai draudžiama. Mūsų darbas siūlo naują būdą kontroliuoti atskiras molekules ir jų reakciją. Iš esmės mes turime naują rinkimo metodą, kurį galime nustatyti atliekant mūsų eksperimentą. Dėl ekstremalios darbo dėl šių svarstyklių sunku padaryti, tačiau mes turime kraštutinį skiriamąją gebą ir atkuriamumą naudojant šią techniką. "

Komanda tikisi, kad jų nauja technika atvers duris daugeliui naujų eksperimentų ir atradimų nanoskatuose, nes tai yra pirmosios galimybės.

menu
menu