Новости химической науки > Наномикрофон из отдельной молекулы

Исследователи из Нидерландов разработали самый маленький в мире микрофон, акустическим детектором которой является одна, отдельная молекула. В перспективе такой наномикрофон может найти применение для регистрации акустических колебаний исключительно малых наноразмерных объектов, а также оказаться полезным для определения границы, разделяющей классическую и квантовую механику.

Для создания микрофона исследователи из группы Майкла Оррита (Michel Orrit) из Университета Лейдена взяли кристалл антрацена, легированный молекулами органического красителя дибензотеррилена [dibenzoterrylene (DBT)]. Этот кристалл был помещен на крошечный кварцевый камертон, который представлял собой источник колебаний, после чего система была охлаждена до нескольких градусов выше абсолютного нуля, и на кристалл направляли луч лазера.

Колебания камертона заставляют кристалл антрацена деформироваться, что изменяет нулевую фононную линию дибензортеллилена. (Рисунок из Phys. Rev. Lett., 2014, 113, 135505)

В условиях эксперимента молекула дибензотеррилена поглощает фотон и переходит из основного в возбужденное состояние в ходе однократного квантового перехода без термического или колебательного движения.

Такая исключительно узкая область спектра поглощения обозначается как нулевая фононная линия [zero phonon line (ZPL)]. Поскольку каждая молекула дибензотеррилена в образце эффективно размещена в своем собственном окружении по отношению к окружающим ее атомным структурам, каждой молекуле соответствует свое уникальное значение нулевой фононной линии. Как отмечает Оррит, настройка лазера проводилась до детектирования сильного флуоресцентного сигнала, который позволяет судить о том, что возбуждается и флуоресцирует одна отдельная молекула.

При инициировании колебаний кварцевого камертона, протекающих с крошечной амплитудой, происходит искажение кристаллической матрицы антрацена, что, в свою очередь, приводило к изменению расстояния между молекулами дибензотеррилена и ближайшими к ним молекулами антрацена, в результате чего происходило изменение величины нулевой фононной линии.

Оррит отмечает, что предложенный им принцип можно расширить на сочетание системы антрацен-дибензотеррилен с меньшими по размеру акустическими системами, например углеродными нанотрубками, что, в перспективе, позволит найти, где находится граница между объектами, за которые отвечают классическая и квантовая механики, и Оррин надеется, что эту границу в скором времени удастся обнаружить.

Источник: Phys. Rev. Lett., 2014, 113, 135505 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.113.135505)

метки статьи: #аналитическая химия, #квантовая химия, #нанотехнологии