科學家拍攝量子電影展現復雜分子物質波

科學家拍攝量子電影展現復雜分子物質波

最近，一個由奧地利維也納大學、以色列特拉維夫大學等機構研究人員組成的國際小組，成功地為一種染料分子拍攝了一段量子電影，揭示了分子物質波相干圖案逐漸增強的形成過程，將物質的波動性和粒子性、隨機性和決定性、定域性和非定域性形象化地展現出來。相關論文發表在3月25日的《自然·納米技術》上。

按照量子物理學理論，復雜粒子也具有波動性。物理學家理查德·費曼曾提出，物質波也會帶來相干效應。人們已經能觀察到一些電子、中子、原子和分子的物質波相干。

新實驗中結合了最先進的分子裁切和納米成像技術，瑞士巴塞爾大學提供了特制的染料分子，是一種高熒光染料酞菁(phthalocyanine)及其衍生物分子，原子量分別為514(AMU)和1298(AMU)。以色列特拉維夫納米技術小組用聚焦離子束將氮化硅切成僅10 nm的薄膜(約50層氮化硅)作為分子柵。

他們利用激光控制微蒸發源，按照所需的密度和相干性產生了一束染料分子，并讓染料分子穿過氮化硅分子柵，以減小分子間范德華力的影響，當分子隨機打在探測屏幕上，便可實時拍攝下每個分子的量子相干圖案逐漸加強的過程。實驗中所用的廣域熒光顯微鏡空間分辨率達到10 nm，能顯示出每個分子的位置和確定的整體相干圖案。

研究人員指出，他們的實驗中結合了顯微技術，可用于分子束的產生、衍射和探測，有助于將量子干涉實驗拓展到更多更復雜的分子、甚至原子干涉儀。對物理教學而言，該實驗也具有重要意義，它以肉眼可見的方式，形象地揭示了單個粒子復雜的量子衍射圖，讓人們實時地看到這些圖案在屏幕上出現，并持續幾個小時。在實際應用方面，有助于深入了解固體表面分子性質，為將來研究原子薄膜衍射提供了一種新方法。 (中國科技網)