Молекули в мікротравмі

Нові результати досліджень полегшують експерименти з молекулами в газовій фазі

Сем Мек сконструював пастку молекули на мікросхемі (зліва). Він складається з 1240 золотих електродів, які зображені на схемі праворуч у вигляді жовтих смуг. Електроди шириною 10 мкм, довжиною чотири міліметри і лежать на мікросхемі з відстані 40 мкм. Використовуючи шість різних напруг, Меєк і його колеги генерують циліндричні потенційні мінімуми (сині) на відстані 120 мкм, в яких вони захоплюють молекули. © Інститут Фріца Хабера МПГ
читати вголос

Те, що зараз зробили берлінські вчені з молекулами на чіпі, нагадує мистецтво деяких футболістів: як зупинити пасовик рухом ногою, затримати м'яч на хвилину, а потім занурити його в ціль пострілом, дослідники гальмували чадний газ Вони використовують молекули електричного поля для їх прискорення та виявлення в детекторі - на всій відстані в п’ять сантиметрів.

Крім цього, молекули приблизно в десять разів швидші, ніж щільно постріляна куля. Завдяки цьому подвигу дослідники Макса Планка під керівництвом Сема Меека з Інституту Фріца Хабера полегшують експерименти з молекулами в газовій фазі. Для цього були потрібні дуже великі і дорогі пристрої, повідомляють вчені у поточному номері наукового журналу "Science".

Дослідники вивчають зіткнення молекули

Хімія не спрацьовує без поштовху: молекули стикаються, чіпляються одна до одної, знову розлітаються або навіть розпадаються. Тому дослідники також багато дізнаються про процеси в хімічних реакторах або в атмосфері, коли вони вивчають зіткнення молекул в газовій фазі та час життя станів.

"Такі дослідження зараз набагато простіші", - каже Джерард Мейєр, у відділі якого в Інституті Фріца Хабера Інституту Макса Планка дослідники тепер захопили молекули на мікросхемі.

Золоті електроди на скляній пластині

Згідно з планами дослідників, берлінська компанія мікрорезистентної технології розмістила понад 1200 золотих електродів із зазором менше половини ширини волосся на скляній пластині. Електроди кожні чотири міліметри завдовжки і лише одна десята частина товсті, як волосся. Дослідники розміщують мікросхему у вакуумному апараті та застосовують до електродів шість різних напруг змінного струму. дисплей

На відстані однієї десятої частини міліметра вони генерують циліндричні потенційні мінімуми, які проходять паралельно електродам і захоплюють молекули, як ящірки. Однак молекули повинні мати електричний дипольний момент, який складається з різних оксидів вуглецю або води.

325 метрів в секунду

"Ми використовуємо частоти змінної напруги на електродах, щоб контролювати, наскільки швидко потенційні мінімуми рухаються по мікросхемі", - пояснює Меек. На початку, пастки бігають зі швидкістю 325 метрів в секунду, що є надзвуковою швидкістю, над чіпом. Оскільки з такою швидкістю найшвидші молекули чадного газу потрапляють у мікросхему, яку дослідники запускають молекулярним променем у мікротравму. Приблизно десять молекул потім опиняються в потенційній пастці, яка мчить з пучком над чіпом.

Тепер вчені знижують частоту змінних напруг і тим самим сповільнюють пастки, включаючи пасткові молекули. Пастки з молекулярного променя поступово поглинають повільніші молекули. У промені молекули літають в середньому зі швидкістю 300 метрів в секунду, найповільніше, але лише 275 метрів в секунду. Якщо дослідники завантажили кілька десятків пасток таким чином, вони приводять молекули в глухий кут або з будь-якою швидкістю, як вони захочуть.

"Ми орієнтуємося на швидкість молекул", - каже Меєк. В кінці гальмівного шляху їх швидкість змінюється лише на кілька метрів в секунду. Тепер дослідники знову прискорюють молекули і переносять їх з мікросхеми на детектор. "Ми вибираємо геометрію та прискорення так, щоб їх швидкість відновлювалася, коли вони залишали чіп", - пояснює Меек: "Саме так ми фокусуємо молекули всі навколо, тому всі вони одночасно потрапляли в детектор.

Атоми в магнітних пастках

Атоми вже кілька років ловили мікросхеми в магнітних пастках. Однак фізики здатні гальмувати атоми лазерними променями, перш ніж вони маневрують частинками на мікросхемі. Атом зазнає невеликий шок щоразу, коли піднімає лазерний фотон. Уміло використаний, його можна зупинити з цими маленькими шкідниками.

Але це працює лише тому, що один атом реагує на всі лазерні фотони однаково. Молекули цього не роблять - коли вони поглинають фотон, вони роблять все можливе, але їх не сповільнюють. Тому берлінські дослідники повинні привести їх до відпочинку на чіпі.

Скоро багато нових фізичних експериментів?

"Оскільки тепер ми можемо також захоплювати молекули на чіпах, ми робимо багато нових фізичних експериментів", - каже Мейєр. Тож у майбутньому буде набагато простіше визначити термін життя штатів. Стан молекули залежить від енергії її електронів, а також від того, наскільки вона вібрує або обертається.

Оскільки мікрофлевер має лише певні стани молекул, дослідникам потрібно лише виміряти, як довго вони можуть захопити молекулу, про яку йдеться, на мікросхемі, а згодом довести це може.

Дослідники також хочуть вивчити вміст різних молекул у мікротравмі. Для цього їм доведеться переслідувати суміші молекул у пастку. "Ми сподіваємось, що ми зможемо спостерігати квантові ефекти, які були ледве помітні експериментально".

По дорозі до квантового комп’ютера

Таким чином можна досягти прогресу і на шляху до квантового комп'ютера. Полярні молекули, що зберігаються на мікросхемі, насправді можуть служити квантовими бітами і виконувати обчислення, взаємодіючи між собою. "Звичайно, до нас ще далеко", - каже Мейєр: - Але ми впевнені, що відкриємо цілком нове поле досліджень з молекулярною пасткою ".

(MPG, 26.06.2009 - DLO)