Físicos criam um conjunto de pinças ópticas de moléculas poliatômicas individuais pela primeira vez

Um conjunto de pinças ópticas de moléculas de CaOH. a, Imagem média do conjunto de pinças de CaOH, obtida pela imagem das moléculas por uma duração de 50 ms e pela média de centenas de iterações da sequência experimental. Barra de escala, 5 μm b, Histogramas de fluorescência coletada para imagens de pinça com duração de 15 ms com probabilidades médias de carregamento de 31% (laranja) e 13% (roxo). Inserção, histogramas normalizados (norma) pela taxa de carregamento, indicando que a forma do pico da molécula carregada não muda com a probabilidade de carregamento. Crédito:Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07199-1

Uma equipe de físicos da Universidade de Harvard conseguiu pela primeira vez capturar moléculas poliatômicas individuais em conjuntos de pinças ópticas. Em seu artigo publicado na revista Nature , o grupo descreve como alcançaram seu feito e os possíveis usos para ele. Um Research Briefing também descreve seu trabalho na mesma edição da revista.

O resfriamento de átomos a temperaturas muito baixas permitiu controlar seus estados de energia, o que por sua vez levou ao desenvolvimento de diversos tipos de tecnologias, como relógios atômicos. Os físicos suspeitam que fazer o mesmo com as moléculas poderia oferecer resultados semelhantes, mas fazê-lo provou ser um desafio formidável devido a fatores extras envolvidos, como rotação e vibração.

Algum sucesso foi encontrado em moléculas com apenas dois átomos, mas aquelas com mais têm sido problemáticas. Neste novo esforço, a equipe de pesquisa encontrou uma maneira de controlar um tipo de molécula com três átomos – CaOH.

Para controlar moléculas individuais, os pesquisadores começaram isolando várias delas em uma câmara de vácuo resfriada a pouco menos de 100 microkelvin e depois usando pinças ópticas (laser) para separá-las, permitindo que a equipe concentrasse seus esforços em uma única molécula. Isso lhes permitiu manipular as moléculas em um estado fundamental quântico.

Uma vez conseguido isso, a equipe desenvolveu uma maneira de criar imagens de uma molécula individual, o que provou que uma determinada pinça foi carregada sem destruir a molécula que estavam estudando. Fazer isso envolveu o uso de lasers adicionais, embora a equipe tenha descoberto que era necessário ajustá-los de uma maneira específica para mitigar a interferência entre as interações dos feixes de laser e a estrutura da molécula.

Os pesquisadores então forçaram a molécula a um estado quântico desejado, o que lhes permitiu controlar sua vibração, rotação e rotação nuclear. Eles então visualizaram a molécula mais uma vez para aprender mais sobre o resultado de suas manipulações.

A equipe de pesquisa sugere que sua técnica poderia ser usada com outras moléculas de três átomos, abrindo novos caminhos para a pesquisa molecular poliatômica.

Mais informações: Nathaniel B. Vilas et al, Um conjunto de pinças ópticas de moléculas poliatômicas ultrafrias, Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07199-1
Controlando moléculas poliatômicas individuais em um arranjo óptico para aplicações quânticas, Natureza (2024). DOI:10.1038/d41586-024-01009-4

Informações do diário: Natureza

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