教育新闻网来自雷根斯堡和苏黎世的科学家发现了一种引人入胜的方法，可以用受控的力快速推动原子，从而可以在不到一万亿分之一秒的时间内编排单个分子的运动。其独特的超快显微镜的极尖的针用作技术基础：它类似于电唱机，仔细扫描分子。雷根斯堡大学的物理学家现在表明，将光脉冲照射到该针上可以将其转变为超快的“原子手”。这样可以控制分子，并可以激发新技术。
原子和分子几乎是我们周围所有物质的组成部分。它们根据量子力学的规则相互影响，形成具有无限多种功能的复杂系统。为了检查化学反应，细胞中的生物过程或新的太阳能收集方式，科学家不仅希望观察单个分子，甚至可以控制它们。
最直观地，人们通过触觉探索来学习，例如推，拉或敲击。自然，我们习惯于通过施加力直接触摸，挤压或微动的宏观物体。同样，原子和分子通过力相互作用，但是这些力在多个方面都是极端的。首先，作用在原子和分子之间的力的长度非常短。实际上，这些物体是如此之小，以至于引入了一种特殊的长度标尺来测量它们：1Ångström(1Å= 0.000,000,000,1 m)。其次，同时，原子和分子以极快的速度移动和摆动。实际上，它们的运动发生的速度快于皮秒(1 ps = 0.000,000,000,001 s)。因此，为了在分子运动期间直接操纵分子，需要一种工具来产生原子级的超快力。
超快速时标
30年前，Eigler和Schweizer表明，使用扫描隧道显微镜可以对单个原子施加静力。在这种显微镜中，类似于电唱机，极尖的针头用于通过扫描原子和分子来感知它们。来自雷根斯堡和苏黎世的一个科学家团队现在已经解决了挑战，要使这种力足够快以在分子运动过程中直接操纵分子，从而操纵反应和跃迁。位于Rupert Huber和Jascha Repp周围的Regensburg团队建立在全球独一无二的超快显微镜上，该显微镜结合了飞秒激光脉冲，可通过扫描隧道显微镜对超快的时间刻度进行访问，从而能够对单个分子进行成像。
研究小组表明，由于光是电磁波，它的振荡载波可以起超快的作用力，甚至比光场的一个振荡周期还快。当他们将超快光波施加到显微镜的原子针上时，它们确实可以在分子的各个区域局部施加超快力。新研究的主要作者多米尼克·佩勒(Dominik Peller)解释说：“通过这种方式，我们可以将曝光的针用作超快原子尺度的“手”，以推动分子中的单个原子。
研究小组观察到超快的原子力足以触发分子的振动。该运动非常剧烈，以至于最多改变了39%的分子切换概率。多米尼克·佩勒(Dominik Peller)确实给人留下了深刻的印象：“我们可以随意控制振幅和振动方向，从而在飞秒级上调节分子的反应概率。”
控制分子反应
而且，事实证明，只有当“原子手”将超快力施加到分子的非常特定的区域时，它才会引起振动运动。正如该小组从与苏黎世的尼古拉·莫尔(Nikolaj Moll)进行的量子力学计算的比较中学到的那样，这是因为该分子通过关键原子钩入了表面。只有对这些特定的原子施加超快的力时，科学家才能有选择地控制分子的振动。
这一发展最终以最直接的方式提供了对分子反应的控制。预计超快原子力将有助于理解和操纵化学和生物学的关键过程，从而激发基于单分子设备的未来技术。这样，不仅可以观察到物质基本成分无所不在的超快运动，而且还可以以前所未有的精度对其进行控制和控制。
