un vínculo entre David y Goliat

(Noticias de Nanowerk) Cuando se combinan partículas individuales como átomos e iones, se forman moléculas. Pueden surgir enlaces de este tipo entre dos partículas, por ejemplo, si tienen cargas eléctricas opuestas y, por lo tanto, se atraen entre sí.

La molécula observada en la Universidad de Stuttgart tiene una característica especial: consiste en un ion con carga eléctrica positiva y un átomo neutro en el llamado estado de Rydberg (Naturaleza«Observación de un enlace molecular entre iones y átomos de Rydberg»).

Estos átomos de Rydberg han crecido miles de veces en comparación con los átomos típicos. Dado que la carga del ion deforma el átomo de Rydberg de una manera muy específica, se forma el enlace entre las dos partículas.

La nube de rubidio se enfrió cerca del cero absoluto

Para verificar y estudiar la molécula, los investigadores prepararon una nube de rubidio ultrafría, que se enfrió hasta casi el cero absoluto a -273 °C. Solo a estas bajas temperaturas la fuerza entre las partículas es lo suficientemente fuerte como para formar una molécula.

En estos conjuntos de átomos ultrafríos, el primer bloque de construcción de la molécula, el ion, se prepara ionizando átomos individuales con campos láser. Rayos láser adicionales excitan un segundo átomo al estado de Rydberg. El campo eléctrico del ion deforma este gigantesco átomo.

Curiosamente, dependiendo de la distancia entre las dos partículas, la deformación puede ser atractiva o repulsiva, lo que hace que los socios de unión oscilen alrededor de una distancia de equilibrio e induzca la unión molecular. La distancia entre los socios de unión es inusualmente grande y es aproximadamente una décima parte del grosor de un cabello humano.

Microscopía con la ayuda de campos eléctricos.

Un microscopio de iones especial hizo posible esta observación. Fue desarrollado, construido y puesto en funcionamiento por los investigadores del 5º Instituto de Física en estrecha colaboración con los talleres de la Universidad de Stuttgart. A diferencia de los microscopios típicos que usan luz, el dispositivo manipula la dinámica de las partículas cargadas usando campos eléctricos para ampliar las partículas y mostrarlas en un detector. cámara de vacío. El control del campo eléctrico y la primera lente del microscopio iónico están ubicados en el centro de la cámara. (Imagen: Nicolas Zuber, Universidad de Stuttgart)

«Con este microscopio, pudimos obtener imágenes de la molécula que flota libremente y sus componentes y observar y examinar directamente la orientación de esta molécula en nuestro experimento», explica Nicolas Zuber, estudiante de doctorado en el 5º Instituto de Física, los resultados.

En un próximo paso, los investigadores quieren investigar los procesos dinámicos dentro de esta molécula inusual. Con la ayuda del microscopio, deberían poder examinarse las oscilaciones y rotaciones de la molécula. Debido a su tamaño gigantesco y la unión débil de la molécula, los procesos dinámicos son más lentos en comparación con las moléculas ordinarias. El grupo de investigación espera obtener información nueva y más detallada sobre la estructura interna de la molécula.