Crédito:Instituto de Física de Leiden
A detecção óptica de um único elétron usando uma única molécula nunca foi feita. O físico de Leiden Michel Orrit e sua equipe identificaram agora uma molécula que é sensível o suficiente para detectar um elétron a uma distância de centenas de nanômetros. Os resultados são publicados como um artigo de capa em ChemPhysChem .
Os físicos já conseguem manipular elétrons individuais há algum tempo. Mas eles só podem vê-los como parte de uma corrente elétrica composta por milhares de elétrons. Um objetivo na física é um método de detecção indireta de elétrons individuais usando uma única molécula. No futuro, um computador quântico poderia usar este método para localizar qubits com luz sem perturbar seu estado quântico de spin - um requisito essencial para computadores quânticos. O físico de Leiden Michel Orrit e seu grupo deram agora o primeiro passo para desenvolver essa técnica, identificando um sistema molecular que é sensível o suficiente para detectar um elétron a centenas de nanômetros de distância.
Os pesquisadores, incluindo os autores principais Zoran Ristanović e Amin Moradi, descobriram que a molécula fluorescente dibenzoterrileno (DBT) possui duas propriedades vitais para detecção de carga única - desde que esteja incluída em um cristal molecular de 2, 3-dibromonaftaleno. Primeiro, As moléculas de DBT apresentam fluorescência, emitindo um espectro estreito de luz visível que é estável por longos períodos de tempo (fig. 1). Segundo, essas estreitas linhas espectrais mudam significativamente na presença de um campo elétrico (fig. 2). Isso se tornará o sinal revelador de uma carga próxima, porque as cargas geram esse campo elétrico.
Figura 1. Linhas espectrais fluorescentes de várias moléculas de DBT na ausência de um campo elétrico. As linhas mantêm uma frequência estável ao longo do tempo.
Orrit e seus colegas mostram que podem detectar facilmente campos elétricos da ordem de 1 kV / cm (fig. 2) com uma molécula de DBT. Esta é uma sensibilidade mais do que suficiente para detectar um único elétron a 100 nm de distância, cujo campo elétrico é de cerca de 1,5 kV / cm. Usando várias moléculas que respondem de forma semelhante a um campo elétrico, os físicos podem até usar a triangulação para encontrar a localização do elétron, semelhante ao GPS. A próxima etapa é detectar um elétron real. A equipe de pesquisa está atualmente construindo um dispositivo de elétron único para esse experimento.
Figura 2. As linhas espectrais são fortemente afetadas por um campo elétrico. (Na ausência de um campo elétrico, eles são horizontais, veja a fig. 1.) A mudança de frequência revela a presença de um campo elétrico. Um elétron gera um campo elétrico de 1,5 kV / cm a 100 nm de distância, portanto, a mudança de frequência seria grande o suficiente para detectar este campo.
