Группа ученых из нескольких организаций при ведущей роли Кембриджского университета, сумела получить квантовое состояние — наполовину свет и наполовину молекулу — при комнатной температуре. Это фундаментальное исследование квантовых процессов, которое нужно, чтобы лучше понять работу фотосинтеза и даже найти способы манипулировать физическими и химическими свойствами материи. Результаты работы опубликованы в Nature, кратко об исследовании сообщает пресс-служба Кембриджского университета.
Когда молекула испускает фотон, то есть квант света, то обратно он сам по себе не возвращается. Но ученым удалось добиться этого искусственным путем. Они поместили отдельные молекулы в нанометровую полость, и заставили фотон, не успевший толком вылететь, возвращаться к молекуле. Получилось, что энергия летала взад и вперед между светом и молекулой, соединяя оба объекта.
Предыдущие попытки смешать молекулы со светом сталкивались с трудностями, и ученым удавалось сделать это только при очень низких температурах.
Чтобы работать с отдельными молекулами, ученые создали полости размером один нанометр, которые захватывали свет. Полости представляли собой «ямы» между наночастицами золота и зеркалом. Внутрь ям поместили молекулы цветного красителя.
Отдельную проблему представляло собой правильное позиционирование молекул красителя. Они предпочитали лежать плоско на золоте, а ученым нужно было их как бы поставить. Эта трудность была преодолена так: они заключили краситель в пустые бочкообразные молекулярные клетки под называнием кукурбитурилы, которые удерживали молекулы красителя в нужной прямой позиции.
Соединив конструкцию, молекулярный спектр рассеяния разделился на два отдельных квантовых состояния, что свидетельствовало о том, что смесь молекулы и фотона удалось получить. Чтобы вернуться к молекуле, фотону требуется менее чем триллионная секунды. Таким образом ученые показали, что сильное сцепление света и материи возможно для одной молекулы даже с большой абсорбцией света в металле причем при комнатной температуре.
