Aprire la camera a vuoto. Il controllo del campo elettrico e la prima lente del microscopio ionico si trovano al centro della camera. Credito:Nicolas Zuber
I ricercatori del 5° Istituto di fisica dell'Università di Stoccarda hanno verificato un nuovo meccanismo di legame che forma una molecola tra una minuscola particella carica e un gigantesco (in termini molecolari) atomo di Rydberg. Gli scienziati hanno osservato la molecola con l'aiuto di un microscopio ionico autocostruito. I risultati sono pubblicati in Natura .
Quando singole particelle come atomi e ioni si legano, emergono molecole. Tali legami tra due particelle possono sorgere se hanno, ad esempio, cariche elettriche opposte e sono quindi in grado di attrarsi a vicenda. La molecola osservata all'Università di Stoccarda presenta una caratteristica speciale:è costituita da uno ione caricato positivamente e da un atomo neutro nel cosiddetto stato di Rydberg. Questi atomi di Rydberg sono cresciuti di dimensioni mille volte rispetto agli atomi tipici. Poiché la carica dello ione deforma l'atomo di Rydberg in un modo molto specifico, emerge il legame tra le due particelle.
Per verificare e studiare la molecola, i ricercatori hanno preparato una nuvola di rubidio ultrafredda, che è stata raffreddata vicino allo zero assoluto a -273 gradi Celsius. Solo a queste basse temperature la forza tra le particelle è abbastanza forte da formare una molecola. In questi insiemi atomici ultrafreddi, la ionizzazione di singoli atomi con campi laser prepara il primo elemento costitutivo della molecola:lo ione.
Ulteriori raggi laser eccitano un secondo atomo nello stato di Rydberg. Il campo elettrico dello ione deforma questo gigantesco atomo. È interessante notare che la deformazione può essere attraente o repulsiva a seconda della distanza tra le due particelle, lasciando che i partner di legame oscillino attorno a una distanza di equilibrio e inducendo il legame molecolare. La distanza tra i partner di legame è insolitamente grande e ammonta a circa un decimo dello spessore di un capello umano.
Microscopia con l'ausilio di campi elettrici
Uno speciale microscopio ionico ha reso possibile questa osservazione. È stato sviluppato, costruito e commissionato dai ricercatori del 5° Istituto di Fisica in stretta collaborazione con i laboratori dell'Università di Stoccarda. A differenza dei tipici microscopi che lavorano con la luce, il dispositivo influenza la dinamica delle particelle cariche con l'aiuto di campi elettrici per ingrandire e visualizzare le particelle su un rivelatore. "Potremmo immaginare la molecola fluttuante e i suoi costituenti con questo microscopio e osservare e studiare direttamente l'allineamento di questa molecola nel nostro esperimento", spiega Nicolas Zuber, Ph.D. studente presso il 5° Istituto di Fisica.
In una fase successiva, i ricercatori vogliono studiare i processi dinamici all'interno di questa molecola insolita. Con l'aiuto del microscopio dovrebbe essere possibile studiare le vibrazioni e le rotazioni della molecola. A causa delle sue dimensioni gigantesche e del debole legame della molecola, i processi dinamici sono più lenti rispetto alle normali molecole. Il gruppo di ricerca spera di acquisire nuove e più dettagliate conoscenze sulla struttura interna della molecola. + Esplora ulteriormente
