科學(xué)家拍攝量子電影展現(xiàn)復(fù)雜分子物質(zhì)波

最近，一個由奧地利維也納大學(xué)、以色列特拉維夫大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員組成的國際小組，成功地為一種染料分子拍攝了一段量子電影，揭示了分子物質(zhì)波相干圖案逐漸增強(qiáng)的形成過程，將物質(zhì)的波動性和粒子性、隨機(jī)性和決定性、定域性和非定域性形象化地展現(xiàn)出來。相關(guān)論文發(fā)表在3月25日的《自然·納米技術(shù)》上。

按照量子物理學(xué)理論，復(fù)雜粒子也具有波動性。物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼曾提出，物質(zhì)波也會帶來相干效應(yīng)。人們已經(jīng)能觀察到一些電子、中子、原子和分子的物質(zhì)波相干。

新實(shí)驗(yàn)中結(jié)合了最先進(jìn)的分子裁切和納米成像技術(shù)，瑞士巴塞爾大學(xué)提供了特制的染料分子，是一種高熒光染料酞菁(phthalocyanine)及其衍生物分子，原子量分別為514(AMU)和1298(AMU)。以色列特拉維夫納米技術(shù)小組用聚焦離子束將氮化硅切成僅10 nm的薄膜(約50層氮化硅)作為分子?xùn)拧?/p>

他們利用激光控制微蒸發(fā)源，按照所需的密度和相干性產(chǎn)生了一束染料分子，并讓染料分子穿過氮化硅分子?xùn)牛詼p小分子間范德華力的影響，當(dāng)分子隨機(jī)打在探測屏幕上，便可實(shí)時拍攝下每個分子的量子相干圖案逐漸加強(qiáng)的過程。實(shí)驗(yàn)中所用的廣域熒光顯微鏡空間分辨率達(dá)到10 nm，能顯示出每個分子的位置和確定的整體相干圖案。

研究人員指出，他們的實(shí)驗(yàn)中結(jié)合了顯微技術(shù)，可用于分子束的產(chǎn)生、衍射和探測，有助于將量子干涉實(shí)驗(yàn)拓展到更多更復(fù)雜的分子、甚至原子干涉儀。對物理教學(xué)而言，該實(shí)驗(yàn)也具有重要意義，它以肉眼可見的方式，形象地揭示了單個粒子復(fù)雜的量子衍射圖，讓人們實(shí)時地看到這些圖案在屏幕上出現(xiàn)，并持續(xù)幾個小時。在實(shí)際應(yīng)用方面，有助于深入了解固體表面分子性質(zhì)，為將來研究原子薄膜衍射提供了一種新方法。 (中國科技網(wǎng))