巴塞尔大学 带电的氮分子被光学晶格中的带电钙原子询问
学分:巴塞尔大学化学系 巴塞尔大学的研究人员开发了一种新方法，可以精确地研究单个孤立的分子，而不会破坏分子，甚至不会影响其量子状态
据《科学》杂志报道，这种探测分子的高灵敏度技术应用广泛，为量子科学、光谱学和化学领域的一系列新应用铺平了道路
光谱分析基于物质与光的相互作用，是研究分子性质的最重要的实验工具
在典型的光谱实验中，含有大量分子的样品被直接照射
分子只能吸收定义明确的波长的光，这些波长对应于它们两个量子态之间的能量差
这被称为光谱激发
在这些实验过程中，分子受到扰动，改变了它们的量子态
在许多情况下，分子甚至必须被破坏才能检测光谱激发
对这些激发的波长和强度的分析提供了关于分子的化学结构和它们的运动如旋转或振动的信息
受为操纵原子而开发的量子方法的启发，教授的研究小组
巴塞尔大学化学系的斯特凡·威利斯奇开发了一种新技术，可以在单个分子的水平上进行光谱测量，这里举一个单个带电氮分子的例子
这项新技术不会干扰分子，甚至不会干扰其量子态
在他们的实验中，分子被捕获在射频阱中，并冷却到接近温度标度的绝对零点(大约
-273℃)
为了能够冷却，一个辅助原子(这里是一个带电荷的钙原子)同时被捕获并定位在分子旁边
这种空间上的接近对于随后的分子光谱研究也是必不可少的
光学晶格中的单个分子 随后，通过将两个激光束聚焦在粒子上以形成所谓的光学晶格，在分子上产生力
该光学力的强度随着照射波长接近分子中的光谱激发而增加，导致陷阱内的分子振动而不是其激发
因此，振动的强度与光谱跃迁的接近度有关，并被传递到邻近的钙原子，从该钙原子以高灵敏度检测振动
通过这种方式，可以像在传统的光谱实验中一样检索关于分子的相同信息
这种方法是一种新型的力光谱学，它引入了几个新概念:首先，它依赖于单个分子而不是大的系综
第二，它代表了一种完全非侵入性的技术，因为检测是间接完成的(通过邻近的原子)，并且没有光谱跃迁的直接激发
因此，分子的量子态保持不变，从而可以连续重复测量
因此，该方法比依赖于大量分子的直接激发和破坏的已建立的光谱方法灵敏得多
量子计算机在极其精确的时钟和积木中的应用 教授，这种新方法有广泛的应用前景
威利斯奇解释道:“我们这种类型的力光谱学允许对分子进行极其精确的测量，这是传统光谱学技术无法做到的
利用这种新方法，人们可以在单分子水平上，在精确定义的条件下，非常灵敏地研究分子性质和化学反应
它也为基础问题的研究铺平了道路，例如物理常数是真的恒定还是随时间变化
一个更实际的应用可能是开发基于单个分子的超精密时钟——或者应用分子作为量子计算机的构件
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