奇怪的三葉蟲形狀的分子首次在實驗室中產(chǎn)生

物理學家第一次成功地在被稱為三葉蟲里德堡分子的實驗室中創(chuàng)造了一種奇怪的、脆弱的結(jié)構(gòu)。

建造和觀察這些奇特的原子結(jié)構(gòu)使科學家對電子在原子附近散射時的量子活動有了新的見解。

由于它們的化學鍵不同于任何其他（我們所知道的），這些發(fā)現(xiàn)為開發(fā)更好的分子理論模型和理解它們的動力學開辟了途徑。

里德堡分子是由一種稱為里德堡原子.在一個正常的原子中，你有原子核，被它微小的電子群包圍。如果你只給原子增加一點能量，電子群就會膨脹一點，使原子變得更大、更松散。

里德堡原子是當你在允許它仍然保持其電子的條件下添加大量能量時得到的。對于一個原子來說，它膨脹得相當大，直徑為許多微米，電子在不飛走的情況下盡可能松散地結(jié)合。

因為它們是如此松散，里德堡原子以一種夸張的方式表現(xiàn)，這使得它們可用于進行實驗.

分子是以某種方式聚集在一起的原子排列，例如通過共同生育電子或可能通過對比電荷。如果你使用里德堡原子，你會得到一個里德堡分子，但原子相互粘附的方式可能與債券有很大不同加入更常規(guī)的分子。

它們看起來非常不同，其分布電子模式類似于三葉蟲或蝴蝶.

在凱澤斯勞滕-蘭道大學的物理學家Max Alth?n的帶領(lǐng)下，Herwig Ott實驗室的一組科學家首次創(chuàng)造了純?nèi)~蟲里德堡分子。

他們從銣原子開始，超冷卻到絕對零度以上0.0001度。然后，他們使用激光將一些原子激發(fā)到里德堡態(tài)。

“在這個過程中，每種情況下最外層的電子都被帶入圍繞原子體的遙遠軌道，”奧特 說.“電子的軌道半徑可以超過一微米，使電子云比一個小細菌還大。

里德堡分子可以通過將基態(tài)原子（尚未被激發(fā)到里德堡態(tài)的原子）帶入里德堡原子的浮腫電子群中來產(chǎn)生，這兩個原子不是通過標準的化學鍵粘在一起，而是通過一種奇怪的量子吸引力。

“正是里德堡電子從基態(tài)原子的量子力學散射，將兩者粘在一起，”Alth?n 解釋道.

“想象一下電子在原子核周圍快速運行。在每次往返時，它都會與基態(tài)原子發(fā)生碰撞。與我們的直覺相反，量子力學告訴我們，這些碰撞導致電子和基態(tài)原子之間的有效吸引力。

由于反復碰撞，電子分布成類似于三葉蟲分段甲殼的干涉圖案。

它還具有其他一些迷人而奇怪的特性。分子鍵的長度幾乎與里德堡軌道的大小相同，也就是說，對于原子尺度來說，這是相當大的。電子和基態(tài)原子之間的吸引力強度也相當高。

這意味著里德堡分子具有更高的電偶極矩比任何其他分子;即正負電荷之間的分離，也稱為極性。

Alth?n和他的同事觀察到的三葉蟲里德堡分子具有超過1,700德拜的電偶極矩，這是非常高的。對于水分子，該措施小于 2 debye。

不僅能夠創(chuàng)造，而且能夠探測純?nèi)~蟲里德堡分子，這為物理學家提供了測試和理解量子領(lǐng)域的新工具。

它在量子信息處理方面也有潛在的應(yīng)用。而且，研究人員說，它可以更廣泛地應(yīng)用于研究不同物種的這些奇怪分子。

“總之，我們通過采用三光子光締合測量了兩個純?nèi)~蟲里德堡分子的振動系列，”他們寫道.“使用這種方法，在任何具有負s波散射長度的元素中產(chǎn)生三葉蟲分子應(yīng)該是可能的。

該研究已發(fā)表在自然通訊.

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