Credito:Istituto di fisica di Leiden
Il rilevamento ottico di un singolo elettrone utilizzando una singola molecola non è mai stato effettuato. Il fisico di Leida Michel Orrit e il suo team hanno ora identificato una molecola abbastanza sensibile da rilevare un elettrone a una distanza di centinaia di nanometri. I risultati sono pubblicati come articolo di copertina in ChemPhysChem .
I fisici sono stati in grado di manipolare singoli elettroni per qualche tempo. Ma possono vederli solo come parte di una corrente elettrica composta da migliaia di elettroni. Un obiettivo in fisica è un metodo per rilevare indirettamente i singoli elettroni utilizzando una singola molecola. Nel futuro, un computer quantistico potrebbe utilizzare questo metodo per individuare i qubit con la luce senza disturbare il loro stato quantistico di spin, un requisito essenziale per i computer quantistici. Il fisico di Leida Michel Orrit e il suo gruppo hanno ora compiuto un primo passo verso lo sviluppo di questa tecnica identificando un sistema molecolare abbastanza sensibile da rilevare un elettrone fino a centinaia di nanometri di distanza.
I ricercatori, tra cui gli autori principali Zoran Ristanović e Amin Moradi, ha scoperto che la molecola fluorescente dibenzoterrylene (DBT) possiede due proprietà vitali per il rilevamento di una singola carica, a condizione che sia inclusa in un cristallo molecolare di 2, 3-dibromonaftalene. Primo, Le molecole DBT diventano fluorescenti, emettendo uno spettro ristretto di luce visibile stabile per lunghi periodi di tempo (fig. 1). Secondo, quelle strette righe spettrali si spostano significativamente in presenza di un campo elettrico (fig. 2). Questo diventerà il segno rivelatore di una carica vicina, perché le cariche generano un tale campo elettrico.
Figura 1. Righe spettrali fluorescenti di più molecole DBT in assenza di campo elettrico. Le linee mantengono una frequenza stabile nel tempo.
Orrit ei suoi colleghi mostrano che possono facilmente rilevare campi elettrici dell'ordine di 1 kV/cm (fig. 2) con una molecola DBT. Questa è una sensibilità più che sufficiente per rilevare un singolo elettrone a 100 nm di distanza, il cui campo elettrico è di circa 1,5 kV/cm. Utilizzando più molecole che rispondono in modo simile a un campo elettrico, i fisici potrebbero persino usare la triangolazione per trovare la posizione dell'elettrone, simile al GPS. Il prossimo passo è rilevare un vero elettrone. Il team di ricerca sta attualmente costruendo un dispositivo a elettrone singolo per quell'esperimento.
Figura 2. Le righe spettrali sono fortemente influenzate da un campo elettrico. (In assenza di campo elettrico sono orizzontali, vedi fig. 1.) La variazione di frequenza rivela la presenza di un campo elettrico. Un elettrone genera un campo elettrico di 1,5 kV/cm a 100 nm di distanza, quindi lo spostamento di frequenza sarebbe abbastanza grande da rilevare questo campo.
