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化学家观察“幽灵”的量子隧道

类别: 学院, bt365手机新闻, 研究

从反相非常大的电场可以预防性伞状氨分子。

氨的分子,NH3,形式存在雨伞通常形状,具有在非平面三个氢原子散开安排围绕中心氮原子。 ESTA伞形结构非常稳定,通常会被预期需要大量的能量的反转。

然而,一个称为量子力学隧穿和其它分子现象允许氨同时栖息几何结构由过高的能量势垒分开。一队化学家这包括 罗伯特场,罗伯特吨。哈斯拉姆和在bt365手机化学布拉德利杜威教授,具有ESTA通过使用现象非常大的电场抑制在标准和倒置状态氨分子的同时占用检测。

“这是隧道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,”场,谁是这项研究的首席作者之一说。

宪炕,在首尔国立大学的化学教授,是资深的作者还研究,这在本周出现的 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是该文件还的作者。

抑制投资

首尔大学进行的实验中,通过研究人员的新方法施加非常大的电场(每计200万千伏安),以夹在两个电极之间的样品启用。 ESTA组件是只有几百纳米厚,和所施加的电场,以它几乎一样强生成力作为相邻分子之间的相互作用。

“我们可以将这些庞大的领域,这是相同的幅度几乎那段经历两个分子领域的相互接近他们时,” Field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。”

研究人员ESTA允许探索量子隧道效应,在本科化学课程通常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,假设你“可以通过隧道山才能到下一个山谷中,而无需实际的努力。这就是量子力学允许,某些情况下。其实,如果两个波谷具有相同的形状完全相同,你将设在同时在两个山谷。

在氨的情况下,谷是第一低能量的,稳定的状态把伞。对于分子到达山谷其他 - 倒置状态,它具有相同的低能量完全相同 - 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,分离的分子存在以相等的概率在这两个凹部。

下量子力学,分子的可能状态,例如氨,被描述在特征能级图案的条款。最初,分子存在于正常或倒置要么的结构中,但它可以自发隧道到其他结构上。的时间发生的所需的隧道的数量,在能量水平图案进行编码。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,隧穿正常和倒置结构之间可以被抑制。

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,所有的分子可以发现在较低的能量状态的氨。研究人员通过在10开氏创建分层氩氩氨结构展示了ESTA。氩是一种惰性气体,该气体在10 K是固体,但氨分子可以在固态氩自由旋转。随着电场增大,氨分子的能量状态的方式,不能再发生找到在标准的分子的这种概率和反转的日益相距甚远成为状态,以及隧穿而改变。

ESTA效果是完全可逆的和无损:作为电场降低时,氨分子返回到在这两个孔被同时他们的正常状态。

“这手稿描述我们的驯服和控制分子及其背后的动态能力的新兴前沿,”帕特里克·瓦卡罗,在耶鲁大学的化学教授,他是不是在研究涉及如是说。 “九月提出的实验方法在本文中是独一无二的,它为今后的努力来询问的分子结构和动力学,与本申请关键洞察的:提供的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,绝不会发生隧道在宇宙的寿命,Field说。但是,也有其他比氨分子可通过所施加的电场的仔细调谐被诱导即隧道。他的同事们现在正在研究开发了一些这些分子的ESTA方法。

“氨是由于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,” Field说。 “不过,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。