Contrôle de molécule unique pour un millionième de milliardième de seconde

Anonim

Les physiciens de l'Université de Bath ont découvert comment manipuler et contrôler des molécules individuelles pour un millionième de milliardième de seconde, après avoir été intrigués par des résultats apparemment étranges.

Leur nouvelle technique est le moyen le plus sensible de contrôler une réaction chimique sur certaines des plus petites échelles que les scientifiques peuvent utiliser - au niveau de la molécule unique. Cela ouvrira des possibilités de recherche dans les domaines de la nanoscience et de la nanophysique.

Une expérience à la limite extrême de la nanoscience, appelée "manipulation moléculaire par STM (microscope à effet tunnel à balayage)", est souvent utilisée pour observer la réaction des molécules individuelles lorsqu'elles sont excitées en ajoutant un seul électron.

Un chimiste traditionnel peut utiliser une éprouvette et un bec Bunsen pour provoquer une réaction. Ici, ils ont utilisé un microscope et son courant électrique pour conduire la réaction. Le courant est si petit qu'il ressemble davantage à une série d'électrons individuels frappant la molécule cible. Mais toute cette expérience est un processus passif - une fois que l'électron est ajouté à la molécule, les chercheurs observent seulement ce qui se passe.

Mais lorsque le Dr Kristina Rusimova a passé en revue ses données du laboratoire pendant ses vacances, elle a découvert des résultats anormaux dans une expérience standard qui, suite à des investigations plus poussées, ne pouvait être expliquée. Lorsque le courant électrique est augmenté, les réactions sont toujours plus rapides, sauf ici.

Le Dr Rusimova et ses collègues ont passé des mois à réfléchir aux explications possibles pour démystifier l'effet et à répéter les expériences, mais ont finalement réalisé qu'ils avaient trouvé un moyen de contrôler les expériences de molécules uniques dans une nouvelle étude publiée dans Science.

L’équipe a découvert qu’en gardant la pointe de son microscope très proche de la molécule étudiée, dans un rayon de 600 à 800 milliards de mètres, la durée pendant laquelle l’électron adhère à la molécule cible peut être réduite de plus de deux ordres de grandeur, et ainsi la réaction résultante, entraînant ici des molécules individuelles de toluène à se décoller (désorber) d'une surface de silicium, peut être contrôlée.

L’équipe pense que c’est parce que la pointe et la molécule interagissent pour créer un nouvel état quantique, qui offre un nouveau canal vers lequel l’électron peut sauter de la molécule, réduisant ainsi le temps passé par l’électron sur la molécule électron provoquant une réaction.

À son sens le plus sensible, cela signifie que le temps de la réaction peut être contrôlé pour sa limite naturelle à 10 femtosecondes en seulement 0, 1 femtosecondes.

Dr. Rusimova a déclaré: "C’était des données d’une expérience absolument standard que nous faisions parce que nous pensions que nous avions épuisé toutes les choses intéressantes - c’était juste une vérification finale. Mais mes données semblaient" fausses "- tous les graphiques étaient censés aller et le mien est descendu. "

Dr. Peter Sloan, auteur principal de l'étude, a ajouté: "Si c'était correct, nous avons eu un effet complètement nouveau mais nous savions que si nous allions réclamer quelque chose d'aussi frappant, nous devions faire un travail pour nous assurer qu'il est réel et non à des faux positifs. "

"Je pense toujours que notre microscope est un peu le Millennium Falcon, pas trop élégant, tenu par les gens qui le dirigent, mais absolument fantastique. Entre Rebecca et Rebecca Purkiss, étudiante en doctorat, le niveau de contrôle spatial ils avaient au fil du microscope était la clé pour débloquer cette nouvelle physique. "

Dr. Sloan a ajouté: "L’objectif fondamental de ce travail est de développer les outils permettant de contrôler la matière à cette limite extrême. Casser des liaisons chimiques que la nature ne veut pas vraiment briser ou produire des architectures moléculaires thermodynamiquement interdit.Notre travail offre une nouvelle voie pour contrôler les molécules individuelles et leur réaction.Nous avons essentiellement un nouveau cadran que nous pouvons définir lors de l’exécution de notre expérience. et reproductibilité avec cette technique. "

L'équipe espère que leur nouvelle technique ouvrira la porte à de nombreuses nouvelles expériences et découvertes à l'échelle nanométrique, grâce aux options qu'elle offre pour la première fois.

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