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  • MIT化学家已经通过量子隧穿观察到,对于第一次,伞状氨分子的反转。

    MIT化学家已经通过量子隧穿观察到,对于第一次,伞状氨分子的反转。

    图片:切尔西车工,澳门太阳城最新网站

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化学家观察“幽灵”的量子隧道

MIT化学家已经通过量子隧穿观察到,对于第一次,伞状氨分子的反转。

非常大的电场,可以防止伞状氨分子从反相。


记者联系

萨拉·麦克唐纳
电子邮件: s_mcd@mit.edu
电话:617-253-8923
澳门太阳城最新网站新闻办公室

氨的分子,NH3,通常存在如伞的形状,与在围绕中心的氮原子非平面布置散开三个氢原子。这把伞结构非常稳定,通常会被预期需要大量的能量的反转。

然而,称为隧道量子力学现象允许氨和其它分子同时居住由一个过高的能量势垒分开的几何结构。一队化学家,其中包括罗伯特场,罗伯特吨。在澳门太阳城最新网站化学哈斯拉姆和布拉德利杜威教授,他通过使用非常大的电场抑制在正常和反相状态氨分子的同时占用检测这种现象。

“它的隧穿现象一个美丽的例子,它揭示了量子力学的一个美妙的陌生感,说:”字段中,谁是这项研究的首席作者之一。

宪炕,在首尔国立大学的化学教授,也是研究的资深作者,本周出现在 科学的美国国家科学院院刊。 youngwook公园和首尔国立大学的哈尼族炕也是论文的作者。

抑制反转

的实验中,在首尔国立大学进行的,是由研究人员的用于施加非常大的电场(每米2亿伏),以夹在两个电极之间的样品新方法启用。该组件是只有几百纳米厚,并且施加到它的电场产生的力几乎为相邻分子之间的相互作用强。

“我们可以将这些庞大的领域,这是几乎相同的幅度,当它们彼此接近的两个分子体验场,”现场说。 “这意味着我们正在使用外部的手段来与什么分子可以自己做一个平等的竞争环境工作。”

这使研究人员能够探索量子隧道效应,往往在本科化学课程用来证明量子力学的“spookinesses”的一个现象,现场说。

作为一个比喻,想象你是徒步旅行在一个山谷里。到达下一个山谷,你需要爬一座大山,这需要大量的工作。现在,想象一下,你可以通过隧道山路才能到附近的溪谷中,而无需真正的努力。这就是量子力学允许的话,在一定条件下。其实,如果两个山谷具有完全相同的形状,你可以同时位于两个山谷。

在氨的情况下,第一谷是低能量的,稳定的伞状态。对于分子到达山谷其他 - 倒置状态,其具有完全一样的低能量 - 经典那就需要提升到一个非常高的能量状态。然而,量子力学中,分离的分子以相等概率在两个谷存在。

下量子力学,分子的可能状态,例如氨,在一个特征能级图案来描述。分子最初存在于任一正常或反向结构,但它可以自发地隧道到其他结构上。的时间为隧穿到发生所需的量在能级图案进行编码。如果这两个结构之间的势垒高,则隧穿时间长。在某些情况下,例如,强电场的应用中,常规的和倒置结构之间的隧道可以被抑制。

用于氨,暴露于强电场降低一种结构的能量,并提高了其他(反转)结构的能量。其结果是,全部的氨分子可以在较低的能量状态被发现。研究人员通过在10开氏创建分层氩氨氩结构证明了这一点。氩是作为固体以10K的惰性气体,但氨分子可以在氩气固体自由旋转。随着电场增大,氨分子的能量状态以这样的方式,找到在正常和反向状态下的分子的概率变得越来越远发生变化,并且可以不再发生隧穿。

这种效果是完全可逆的和无损:作为电场降低时,氨分子返回到它们正常的在这两个孔被同时状态。

“这个手稿描述了我们的驯服分子和控制他们的基本动态能力的新兴前沿,”帕特里克·瓦卡罗,在耶鲁大学化学教授,谁没有参与这项研究说。 “的实验方法,本文阐述的是独特的,它有未来的努力来询问的分子结构和动力学,与本申请得到根本洞察隧道介导的现象的本质巨大的后果。”

降低门槛

对于许多分子的屏障,隧道是如此之高,隧道永远不会对宇宙的寿命期间发生的,现场说。但是,也有比氨的其它分子,可以通过所施加的电场的仔细调谐被诱导隧道。他的同事们现在正在研究开发了一些这些分子的这一做法。

“氨是因为其高度的对称性和事实,即它可能是第一例人会永远但从隧道的化学角度讨论的特殊,”现场说。 “但是,也有许多例子,这可能被利用。电场,因为它是如此之大,能够作用于相同的比例与实际的化学反应,”提供的外部操纵分子动力学一个强大的方式。

这项研究是由三星科技基金会和美国国家科学基金会资助。


主题: 研究, 化学, 量子力学, 科学学院, 美国国家科学基金会(NSF)

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