Молекулы Ридберга образуются, когда электрон удаляется от ядра атома. Крис Грин, заслуженный профессор физики и астрономии имени Альберта Оверхаузера из Purdue, вместе со своими соавторами Х. Садегпуром и Э. Гамильтоном в 2002 г. предположили, что такая молекула может притягиваться и связываться с другим атомом.«Для всех нормальных атомов электроны всегда находятся на расстоянии одного или двух ангстрем от ядра, но в этих ридберговских атомах вы можете унести их в 100 или 1000 раз дальше», — сказал Грин. «После предварительной работы в конце 1980-х — начале 1990-х годов мы увидели в 2002 году возможность того, что этот далекий ридберговский электрон может связать атом с другим атомом на очень большом расстоянии.
Этот электрон похож на овчарку. Каждый раз, когда он пролетает мимо другого атома. , этот ридберговский атом добавляет небольшое притяжение и подталкивает его к одному месту, пока он не захватит и не свяжет два атома вместе ».Сотрудничество с участием Грина и его научного сотрудника Хесуса Перес-Риоса из Purdue и исследователей из Университета Кайзерслаутерна в Германии теперь доказало существование молекулы Ридберга-бабочки, названной так из-за формы электронного облака. Их результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.
«Этот новый механизм связывания, в котором электрон может захватывать и захватывать атом, действительно нов с точки зрения химии. Это совершенно новый способ связывания одного атома с другим атомом», — сказал Грин.Исследователи охладили газ рубидий до температуры 100 нанокельвинов, что составляет примерно одну десятимиллионную градуса выше абсолютного нуля. С помощью лазера они смогли вытолкнуть электрон из его ядра, создав атом Ридберга, а затем наблюдать за ним.
«Каждый раз, когда другой атом оказывается примерно на нужном расстоянии, вы можете отрегулировать частоту лазера, чтобы захватить группу атомов, находящихся на очень четком межъядерном разделении, которое предсказывается нашей теоретической трактовкой», — сказал Грин.Они смогли определить энергию связи между двумя атомами на основе изменения частоты света, который поглощала молекула Ридберга.Грин сказал, что приятно знать, что предсказания, сделанные так давно, подтвердились.«Это действительно ясная демонстрация того, что этот класс молекул существует», — сказал Грин. «Это также подтверждает весь теоретический подход, который мы и несколько других групп приняли, что привело к предсказанию и изучению этого нового класса молекул.
«Эти молекулы обладают огромными электрическими дипольными моментами, которые позволяют манипулировать ими с помощью слабых электрических полей, в 100 раз меньших, чем те, которые необходимы для перемещения обычных двухатомных молекул; однажды это можно будет применить для разработки электроники или машин молекулярного масштаба».Грин продолжит изучать ридберговские атомы, включая тесты, чтобы увидеть, могут ли несколько атомов быть связаны с молекулой Ридберга.