@ 2018.09.26 , 12:00

理论上我们可以只用单个原子形成化学键

你能只用一个原子而不是一般的两个原子产生化学键吗?这听起来好像违反了科学规律——就像一个巴掌拍出得啪啪响——但是科学家们觉得他们可能已经找到了一种方法。

该方法基于所谓的里德伯原子(Rydberg atom)——价电子被激发到高激发态能级结构由里德伯能级公式描述的原子;俗称巨原子或胖原子。这些原子通常可以形成特殊类型的双原子键,即所谓的三叶虫分子;由于处于高能级,所以价电子距离原子核很远。

新的研究表明,大半径的电子轨道是形成大三叶虫分子的关键,也可以使里德伯型氢原子与空间中的一个点“结合”在一起。

理论上我们可以只用单个原子形成化学键
M. Eiles/Purdue University

用抽象的文字描述起来十分简单,但这一发现可以开辟出改变许多化学反应的新技术。

印第安纳州普渡大学的Matthew Eiles研究员告诉《新科学家》的Andy Coghlan说:“我们预测它可以存在数百微秒,在寒冷的环境中甚至可以保持更长时间。”

Eiles和他的团队将新的化学键描述为“幽灵纽带”——这个孤独的高能电子基本上被我们连哄带骗地固定到假装另一个原子存在时应该互相结合的位置。通过对原子交替发射电脉冲和磁脉冲序列来完成,使电子与核保持几十纳米的距离。

但就目前而言,这还是只一个假说:研究人员实际上并没有在现实中制造出幽灵纽带,但是他们构建的数学模型和计算机模拟结果表明,在实验室中,它是可以实现的。

“我认为它实际上可以完成,”苏黎世瑞士联邦理工学院的Johannes Wilhelm Deiglmayr告诉《新科学家》杂志,“那真的会很有趣。”

Deiglmayr是该团队的一员,这支队伍在几年前首次开发出超长的里德堡原子。这些特殊的原子,尺度达到微米(大约是正常值的一千倍),在此基础上,才使得幽灵化学键成为可能。

研究人员认为,通过精密操纵里德伯原子,得到其他“更奇特的”幽灵状态也是有可能的。它甚至可以用于量子力学领域,例如量子门的创建——构成基本的量子电路。

任何在基本粒子水平上起作用改变化学反应的东西——从使用光子来创造和破坏化学键,到用单个原子创造化学键——都有可能开辟出一系列新的研究方向。

就这一假说而言,我们可能很快就能在实验室中看到单个原子的化学键。因为科学家下一步要做的就是弄清楚如何实现它。

“作为纯良的理论学者,我们将把这个挑战留给专家,实验主义者们加油。”Eiles告诉《新科学家》。

该研究发表在Physical Review Letters上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力 !
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:
已打赏蛋友(1): 翻译得很有趣
2.5
赞一个 (7)

24H最赞