作者:萨拉·佩兰萨拉·佩兰,洛桑联邦理工学院 信用:EPFL/LCPT EPFL的研究人员致力于经典物理和量子物理之间的界限,他们已经开发出一种快速识别具有特别有趣的电子性质的分子的方法
激光技术让科学家们对分子结构有了更深入的了解,这有时会带来非常有趣的惊喜
在EPFL理论物理化学实验室(LCPT),一个研究多原子分子(由几个原子组成的分子)动力学的研究小组遇到了这样一个惊喜
他们发现,这些分子中的电子运动与孤立原子中的预期完全不同
在孤立的原子中,电子密度的振荡是有规律的,但在大多数多原子分子中,振荡很快被衰减
这个过程被称为退相干
然而,在退相干开始之前,某些分子的振荡持续时间更长
EPFL的研究人员开发了一种方法,捕捉退相干背后的物理机制,从而使他们能够识别具有持久相干性的分子
他们的方法可能被证明对新的基于电子的技术的发展或研究生物分子中的量子效应感兴趣
该发现最近发表在《物理评论快报》上
“电子运动发生得极其迅速——以阿秒为单位——所以很难观察到,”LCPT大学博士后、该研究的第一作者尼古拉·戈鲁贝夫说
此外,电子运动与分子中的其他过程密切相关
这就是为什么研究小组在他们的研究中加入了额外的信息:较慢的原子核动力学及其对电子动力学的影响
人们发现,在大多数分子结构中,慢核重排抑制了电子最初的相干振荡,并使它们在几飞秒内消失
半经典的方法 为了确定这种现象是否真的发生了,研究人员开发了一种理论技术,用于精确有效地描述超短激光脉冲电离分子后电子和原子核的动力学
他们使用了被认为是半经典的方法,因为它结合了量子特征,如几个状态的同时存在,和经典特征,即指导分子波函数的经典轨迹
这种方法使科学家能够更快地检测退相干过程,使分析许多分子变得更容易,从而发现可能具有长期相干性的分子
“解决多原子分子波函数的量子演化的薛定谔方程是完全不可能的,即使有世界上最大的超级计算机,”LCPT大学的负责人吉里·瓦尼克说
“半经典方法使得用一个仍然困难但可以解决的问题来代替不可处理的量子问题成为可能,并提供了一个简单的解释,在这个解释中,分子可以被看作是在高维空间中滚动的球
" 为了说明他们的方法,研究人员将其应用于两种化合物:丙炔酸和丙炔酰胺(一种丙炔酸衍生物),丙炔酸的分子呈现出持久的相干性,而丙炔酰胺的去相干性很快
该团队希望很快能够在数百种其他化合物上测试他们的方法
他们的发现标志着深入理解分子结构和动力学的重要一步,并成为观察分子中长寿命电子相干性的有用工具
有了对退相干过程更好的理解的支持,科学家们有朝一日能够准确地观察分子在生物组织中的行为,例如,或者创造新的电子电路
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