奇怪的三葉蟲形狀的分子首次在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生

物理學(xué)家第一次成功地在被稱為三葉蟲里德堡分子的實(shí)驗(yàn)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(xué)家對電子在原子附近散射時(shí)的量子活動有了新的見解。

由于它們的化學(xué)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(xué)開辟了途徑。

里德堡分子是由一種稱為里德堡原子.在一個(gè)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(diǎn)能量，電子群就會膨脹一點(diǎn)，使原子變得更大、更松散。

里德堡原子是當(dāng)你在允許它仍然保持其電子的條件下添加大量能量時(shí)得到的。對于一個(gè)原子來說，它膨脹得相當(dāng)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?yàn)樗鼈兪侨绱怂缮?，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(jìn)行實(shí)驗(yàn).

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(gè)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(xué)的物理學(xué)家Max Alth?n的帶領(lǐng)下，Herwig Ott實(shí)驗(yàn)室的一組科學(xué)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(gè)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(yuǎn)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(gè)小細(xì)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(gè)原子不是通過標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)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(xué)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(yùn)行。在每次往返時(shí)，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(xué)告訴我們，這些碰撞導(dǎo)致電子和基態(tài)原子之間的有效吸引力。

由于反復(fù)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(dāng)大的。電子和基態(tài)原子之間的吸引力強(qiáng)度也相當(dāng)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(fù)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(xué)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(gè)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(fù)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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