科學家發現了新型的原子鍵,可形成一系列全新的分子

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它可以形成一系列全新的分子。

物理學家第一次觀察到一種奇怪的分子,稱為蝴蝶里德堡分子(Rydberg molecule);這是一種高度可激發的原子的弱配對,在2002年首次被預測。

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這個發現不僅證實了一個14年前的預測,也證實了一種全新的原子鍵的存在。

當電子被遠遠地踢離原子核時,造成它們超電子活躍,形成里德堡分子。

在它們本身,它們是很普通的。但回朔到2002年,來自印第安納州(Indiana)普渡大學(Purdue University)的研究人員團隊預測,里德堡分子可以吸引並結合到另一個原子。根據我們對原子如何在當時結合的理解,這被認為是不可能的。

他們把這種假設的分子組合稱為蝴蝶里德堡分子,因為環繞的電子很像蝴蝶狀分布。

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現在,14年後,同一個團隊終於在實驗室觀察到蝴蝶里德堡分子。在個過程中,發現一種全新的弱原子鍵。

首席研究員Chris Greene解釋:「這種新的結合機制,其中的電子可以抓住和困住原子,從化學的角度來看真的是新的。這是一個全新的方式,一個原子可以被另一個原子綁住。

里德堡分子是獨特的,因為它們可以讓電子的核距是正常核距的100到1,000倍。

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透過將銣(Rubidium)氣體冷卻到凱氏100納度(100 nano-Kelvin),這是高於絕對零度一百萬分之一度的溫度。然後用雷射將原子激發到里德堡狀態,這個團隊能夠創造出里德堡分子。

這個團隊持續對這些里德堡分子的觀察,看看他們是否真的能夠吸引另一個原子。他們在尋找分子能夠在光頻率裡吸收的的任何變化,這是能量結合發生時的跡象。

最終,他們發現遠端的電子確實可以幫助吸引和綁住其他原子,正如同他們在2002年所預測的。

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Greene說:「這個[遠端的]電子像是一隻護羊犬。每次它閃過另一個原子時,這個里德堡分子會添加一些吸力,並把這個原子推向一個點,直到把它捕獲並且把這兩個原子綁在一起。

他補充:「這是一個非常清楚的證明,這類分子是存在的。」

由於有在遠處環繞的電子,這些特殊的蝴蝶里德堡分子比正常分子大得多,並且我們現在知道它們存在。它們可以被用於分子級的電子和機器開發,因為它們的移動只需要較少的能量。

Greene在2012年告訴英國報紙電報(The Telegraph)的Roger Highfield:「關於原子和分子物理學界對這項研究工作的主要興奮與這個事實有關:這些巨大分子應該存在並且可以被觀察到,以及它們的電子密度應該展現出驚人豐富的量子力學波峰和波谷。」

我們期待看見它們現在會發生什麼事。

該團隊的研究結果發表於自然通訊(Nature Communications)雜誌。

來源:ScienceAlert