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科学家发现了新型的原子键,可形成一系列全新的分子

2016年11月6日16:50 未解之谜网

它可以形成一系列全新的分子。

物理学家第一次观察到一种奇怪的分子,称为蝴蝶里德堡分子(Rydberg molecule);这是一种高度可激发的原子的弱配对,在2002年首次被预测。

这个发现不仅证实了一个14年前的预测,也证实了一种全新的原子键的存在。

当电子被远远地踢离原子核时,造成它们超电子活跃,形成里德堡分子。

在它们本身,它们是很普通的。但回朔到2002年,来自印第安纳州(Indiana)普渡大学(Purdue University)的研究人员团队预测,里德堡分子可以吸引并结合到另一个原子。根据我们对原子如何在当时结合的理解,这被认为是不可能的。

他们把这种假设的分子组合称为蝴蝶里德堡分子,因为环绕的电子很像蝴蝶状分布。

现在,14年后,同一个团队终于在实验室观察到蝴蝶里德堡分子。在个过程中,发现一种全新的弱原子键。

首席研究员Chris Greene解释:“这种新的结合机制,其中的电子可以抓住和困住原子,从化学的角度来看真的是新的。这是一个全新的方式,一个原子可以被另一个原子绑住。

里德堡分子是独特的,因为它们可以让电子的核距是正常核距的100到1,000倍。

透过将铷(Rubidium)气体冷却到凯氏100纳度(100 nano-Kelvin),这是高于绝对零度一百万分之一度的温度。然后用雷射将原子激发到里德堡状态,这个团队能够创造出里德堡分子。

这个团队持续对这些里德堡分子的观察,看看他们是否真的能够吸引另一个原子。他们在寻找分子能够在光频率里吸收的的任何变化,这是能量结合发生时的迹象。

最终,他们发现远端的电子确实可以帮助吸引和绑住其他原子,正如同他们在2002年所预测的。

Greene说:“这个[远端的]电子像是一只护羊犬。每次它闪过另一个原子时,这个里德堡分子会添加一些吸力,并把这个原子推向一个点,直到把它捕获并且把这两个原子绑在一起。

他补充:“这是一个非常清楚的证明,这类分子是存在的。”

由于有在远处环绕的电子,这些特殊的蝴蝶里德堡分子比正常分子大得多,并且我们现在知道它们存在。它们可以被用于分子级的电子和机器开发,因为它们的移动只需要较少的能量。

Greene在2012年告诉英国报纸电报(The Telegraph)的Roger Highfield:“关于原子和分子物理学界对这项研究工作的主要兴奋与这个事实有关:这些巨大分子应该存在并且可以被观察到,以及它们的电子密度应该展现出惊人丰富的量子力学波峰和波谷。”

我们期待看见它们现在会发生什么事。

该团队的研究结果发表于自然通讯(Nature Communications)杂志。

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