美科學家實現突破!外媒:將有更多人效仿,或誕生一大批超級材料

2018年04月16日     2,228     檢舉

科學,就像是把曾經的「不可能」變為「可能」的過程。最近,美國哈佛科學家使用雷射「鑷子」操縱兩種鹼金屬——鈉(Na)和銫(Cs)並使兩個單原子成功化合成一種新型的合金類分子,而這一過程在傳統的化學認知里幾乎是不可能實現的。國外媒體預測道,這一開創性技術的實現將使更多人類認知之外的超級材料誕生…

化學反應通常來說是一種偶然性事件。在適當的條件下,大量性質相匹配的原子聚集在一起發生隨機碰撞,當碰撞的方向與能量達到一定條件時,就會形成新的物質。而鈉(Na)和銫(Cs)在元素周期表中位於同一主族,二者具有相似的化學性質。換句話說就是它們並不傾向於彼此碰撞並結合為新的分子。

然而,不傾向於並不意味著不能。如果鈉原子和銫原子擁有合適的能量並足夠接近,就有可能形成一種新的化學鍵。

NaCs分子的極化電學特性導致它對於存儲量子的「量子位」疊加狀態非常有幫助,也可以很容易地與其他組分發生相互作用。這種量子位存儲和交互結合是未來科學技術中急需的。為了實現這種能量和時間上的完美結合,研究人員將單個原子放置在交疊的磁光陷阱中,然後用光子照射使它們冷卻到絕對零度附近。同時,使用一對調諧的雷射器產生電效應,使每個原子朝著相對應雷射器的焦點移動,這樣兩個原子可以很容易地發生碰撞。

由於需要維持適當的動力和能量水平,原子的每次碰撞並不一定都會發生鍵合。為了解決這一棘手難題。科學家嘗試使用合適的雷射脈衝,最終完成了在相同量子態下兩個原子之間的鍵的短暫閃爍,這一方法為研究人員提供了一個非常精細的細節。

哈佛大學的研究人員表示,目前我們已經展示了一種可能,相信接下來全世界會有很多科學家效仿這一技術合成更多新材料。而下一步研究將是實現在基態下鍵合出更穩定的分子,最終目標則是創造更複雜分子,用於高技術領域的新材料以及為下一代計算機提供微小的量子組件。

科學家表示,「這一研究首次表明化學反應過程是可以準確地人為操控的」。在最小的單元層面控制分子相互作用,包括反應,一直是物理科學的一個長期目標。相信未來會有大量的新材料會因此而誕生…