Одноатомная «лупа» помогла увидеть отдельные связи в молекуле

Одноатомная «лупа» помогла увидеть отдельные связи в молекуле

Физики из Испании и Великобритании разработали методику заключения света в резонатор объемом всего в 1 кубический нанометр. Это помогло ученым изучить колебания отдельных связей в одиночной молекуле: резонатор усилил взаимодействия между колебаниями атомов и светом в миллион раз. По словам авторов, метод может стать основой для квантовой нелинейной оптики, работающей на молекулярном масштабе. Исследование опубликовано в журнале Science.

Атомы в любых молекулах совершают колебания — в небольших пределах удлиняют и укорачивают химическую связь между собой, меняют  углы в молекулярной структуре. Заметить такие колебания можно с помощью инфракрасного излучения. Энергия инфракрасных фотонов сопоставима с энергией, требуемой для колебательных переходов в молекуле. Это приводит к поглощению квантов света — точное значение их энергии позволяет определить характеристики колебаний атомов. Сейчас на основе этого эффекта основаны методы исследования веществ с неизвестным строением — например, инфракрасная спектроскопия.

Как правило, в таких экспериментах используются макроскопические образцы. Но взаимодействие между веществом и излучением можно усилить, поместив вещество в оптический резонатор, свет в котором многократно отражается. С помощью благородных металлов (золота и других) физики уже научились создавать резонаторы с объемом всего в 30 кубических нанометров — этого достаточно для спектроскопии одиночных молекул. Такие размеры уже во много раз меньше, чем длина волны инфракрасного излучения. Долгое время считалось, что разрешение оптических резонаторов не может перешагнуть через порог в 10 нанометров, но уже появились исследования, в которых с помощью острой иглы физики читают последовательность оснований в РНК.

Физики рассчитали, чему могли соответствовать эти пики — оказалось, за них отвечали колебания в органической молекуле, обычно неактивные в рамановской спектроскопии. Проявить их могли лишь очень интенсивные световые поля, что и указало на возникновение субнанометровых резонаторов. Причиной их возникновения были отдельные атомы в наночастице золота, изменявшие свое положение под действием лазерного излучения. Золотая подложка при этом играла роль дополнительного зеркала в резонаторе. Ученые сравнивают атомы с громоотводами, с одной лишь разницей: громоотводы «притягивают» к себе электричество, а не свет.

Оптические резонаторы используются не только в спектроскопии. К примеру, в лазерной технике резонатор обеспечивает накачку рабочего тела. Мы недавно писали о том, как встроив резонаторы в жировую ткань, физики из Гарвардской медицинской школы научились превращать клетки в лазеры. Кроме того, на базе резонаторов возможно создание памяти для фотонных компьютеров, в которых вместо электрического тока используется свет.

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Чем заменить элементную базу США на спутниках РФ
Гендиректор компании РКС («Российские космические системы») Андрей Тюлин заявил о том, что применяемая на отечественных спутниках американская микроэлектроника может частично заменяться российскими образцами. Там, где пока полностью провести импортозамещение пока не удаётся, может быть использована микроэлектроника, ..
2015-08-25 3253 0 Технология
0
Ученые создали кристаллографию без кристаллов
Японские ученые открыли способ исследования структуры молекул в рентгеновских лучах без предварительной кристаллизации. Новая методика опубликована в журнале Nature. Обзор статьи приводится на сайте издания. Зафиксировать молекулы для последующего просвечивания рентгеновскими лучами помогла специально разработанная металло-органическая ..
2013-03-29 1324 0 Технология
0
Создана технология, позволяющая безопасно редактировать геном
Учёные из университета Berkley впервые получили возможность с максимальной точностью «ремонтировать» любой участок человеческого генома, сообщает The Independent. Новая генная технология называется Crispr: её сравнивают с программой-редактором, способной менять отдельные буквы в книге, не создавая орфографических ошибок. ..
2013-11-8 1611 0 Технология
1
В России спроектирована новая обсерватория
Российским разработчикам удалось завершить работу, которая заключалась в проектировании обсерватории "Миллиметрон". С помощью этого комплекса, будут проводиться астрофизические исследования, результатом которых должно стать обнаружение чёрных дыр в космосе. «Сейчас изготовляются отдельные элементы данной разработки» ..
2013-10-9 1123 0 Технология
0
Дизельное топливо больше не понадобится
Солнечные электростанции ОАО «Сахаэнерго», дочернего предприятия ОАО АК «Якутскэнерго» (входит в холдинг «РАО ЭС Востока»), установленные в Кобяйском, Оймяконском, Верхоянском и Олекминском улусах, успешно прошли испытание холодом и за зимние месяцы выработали 9 826 кВт*ч электроэнергии. При этом экономия дорогостоящего дизельного топлива ..
2014-04-22 1545 0 Технология
0
Ученые нашли способ видеть сквозь стены с помощью Wi-Fi
Британские ученые изобрели портативный прибор, который анализирует сигнал Wi-Fi и на основе этого способен обнаружить движение за стенами. Фактически, соглашаются исследователи, их изобретение позволяет шпионить за любым человеком, если он находится в зоне действия беспроводной связи Wi-Fi. Устройство ..
2012-08-4 2327 0 Технология
0
Ученые создали Плиту Воздушных Изображений
Одна из ведущих японских компаний предлагает интересный ответ на то, что будет следующим шагом в развитии сенсорных экранов. По сути, их подход может изменить саму концепцию экрана, так как специалисты компании предлагают дисплеи с плавающими в воздухе изображениями, с которыми возможно интерактивное ..
2013-10-12 1569 0 Технология
0
Подводный робот отыскивает осетровых рыб
Атлантический осетр, который является одним из старейших видов рыб в мире, может жить до 60 лет, достигая длины в 15 футов (4,6 метра) и весит более 800 фунтов (360 кг).  Он также находится под угрозой исчезновения в связи с прошлым выловом его икры. В целях ..
2013-05-9 1059 0 Технология
0
Новый компьютер сможет общаться с пациентами в коме
Канадские ученые разрабатывают читающий мысли компьютером, который может помочь общаться с людьми в коме. Сотрудники Университета Западного Онтарио использовали нейровизуализацию для чтения человеческих мыслей при помощи мозговой деятельности, передавая конкретные ответы - «да» или «нет». По их словам, ..
2013-06-2 1195 0 Технология
0
Ученые побили рекорд эффективности солнечных элементов
Компания «Spectrolab» установила новый рекорд по эффективности солнечной батареи отметкой в 38,8 процента для наземных многопереходных солнечных элементов. Новый мировой рекорд точно не «разгромит» прежней отметки в 37,8 процента, которая была также установлена представителями «Spectrolab». ..
2013-11-23 2143 0 Технология
0
Ученые совершенствуют линзовидную печать
Анимированные изображения в формате .GIF — не совсем новая часть технологии, будучи примененной в 1987 году. Линзовидную печать — это технология даже старшая, так как она началась еще в 1940-х годах. Так что же происходит, когда вы берете эти две старые технологии и их объединяете? В итоге у вас получится ..
2013-11-23 1505 0 Технология
0
Стальные звери Тагила
Нестандартные подходы к брендингу станут одной из главных черт выставки RAE-2015 — десятого по счету тагильского салона вооружений Сухопутных войск. На сей раз внимание зрителей должны привлечь изображения нестандартных киборгов: биомеханических существ с узнаваемыми чертами животных, оснащенных ..
2015-06-29 1360 0 Технология
0
От невидимой кошки до невидимого охранника
Ученым удалось изобрести «шапку-невидимку», с помощью которой «исчезают» реальные животные. В этой «шапке» применяются специальные стеклянные призмы. В ходе демонстрации этой системы ученые из Китая, Сингапура и США заставили исчезнуть золотую рыбку плававшую в аквариуме, и нижнюю часть ..
2013-08-29 1581 0 Технология
0
Искусственный фотосинтез стал эффективным
На химфаке Королевского технического института в Швеции сумели создать искусственный механизм фотосинтеза, который по скорости химической реакции не уступает фотосинтезу растений. По словам самих исследователей, это открывает новые перспективы в альтернативной энергетике. Раньше многие пытались воспроизвести часть ..
2012-04-13 3805 0 Технология
0
Программное обеспечение для космоса определит болезнь Альцгеймера
Программное обеспечение для обработки спутниковых снимков, сделанных из космоса, теперь помогает медицинским исследователям установить простой способ широкомасштабного скрининга болезни Альцгеймера. Использующийся при анализе изображений магнитным резонансом (МРТ) инструмент AlzTools 3D Slicer был создан учеными- компьютерщиками в «Elecnor ..
2013-07-2 1391 0 Технология
0