Cuando una molécula emite un parpadeo de luz, no espera que regrese nunca. Sin embargo, los investigadores ahora han logrado colocar moléculas individuales en una cavidad óptica tan pequeña que emitió fotones, o partículas de luz, regresando a la moléculaantes de que se hayan ido correctamente. La energía oscila de un lado a otro entre la luz y la molécula, lo que resulta en una mezcla completa de los dos.
Los intentos anteriores de mezclar moléculas con luz han sido complejos de producir y solo se pueden lograr a temperaturas muy bajas, pero los investigadores, liderados por la Universidad de Cambridge, han desarrollado un método para producir estas moléculas 'semiligeras' a temperatura ambiente.
Estas interacciones inusuales de moléculas con luz proporcionan nuevas formas de manipular las propiedades físicas y químicas de la materia, y podrían usarse para procesar información cuántica, ayudar a comprender procesos complejos en el trabajo en la fotosíntesis, o incluso manipular los enlaces químicos entreátomos. Los resultados se informan en la revista Naturaleza .
Para utilizar moléculas individuales de esta manera, los investigadores tuvieron que construir cavidades de manera confiable solo una milmillonésima parte de un metro un nanómetro para atrapar la luz. Usaron el pequeño espacio entre una nanopartícula de oro y un espejo, y colocaron unmolécula de tinte de color en el interior.
"Es como una sala de espejos para una molécula, solo espaciada cien mil veces más delgada que un cabello humano", dijo el profesor Jeremy Baumberg del Centro NanoPhotonics en el Laboratorio Cavendish de Cambridge, quien dirigió la investigación.
Para lograr la mezcla de la molécula y la luz, las moléculas de tinte debían colocarse correctamente en el pequeño espacio ". A nuestras moléculas les gusta acostarse sobre el oro, y fue muy difícil persuadirlas para que se pararan erguidas,"dijo Rohit Chikkaraddy, autor principal del estudio.
Para resolver esto, el equipo se unió a un equipo de químicos en Cambridge dirigido por el profesor Oren Scherman para encapsular los colorantes en jaulas moleculares huecas en forma de barril llamadas cucurbiturilos, que pueden mantener las moléculas de colorante en la posición vertical deseada.
Cuando se ensambla correctamente, el espectro de dispersión de la molécula se divide en dos estados cuánticos separados, que es la firma de esta 'mezcla'. Este espacio en color corresponde a los fotones que tardan menos de una billonésima de segundo en volver a la molécula.
Un avance clave fue mostrar una fuerte mezcla de luz y materia para moléculas individuales, incluso con una gran absorción de luz en el metal ya temperatura ambiente. "Encontrar firmas de una sola molécula tomó meses de recolección de datos", dijo Chikkaraddy.
Los investigadores también pudieron observar pasos en el espaciado de color de los estados correspondientes a si una, dos o tres moléculas estaban en la brecha.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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