Singoli atomi o molecole imprigionati dalla luce laser in una gabbia metallica a forma di ciambella potrebbero sbloccare la chiave per dispositivi di archiviazione avanzati, computer e strumenti ad alta risoluzione.

In un articolo pubblicato su Revisione fisica A , un team composto da Ali Passian dell'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia e Marouane Salhi e George Siopsis dell'Università del Tennessee descrive concettualmente come i fisici potrebbero essere in grado di sfruttare l'energia di una molecola per far avanzare un certo numero di campi.

"Una singola molecola ha molti gradi di libertà, o modi di esprimere la sua energia e dinamica, comprese le vibrazioni, rotazioni e traslazioni, " ha detto Passian. "Per anni, i fisici hanno cercato modi per sfruttare questi stati molecolari, compreso il modo in cui potrebbero essere utilizzati in strumenti ad alta precisione o come dispositivo di archiviazione delle informazioni per applicazioni come l'informatica quantistica".

Catturare una molecola con il minimo disturbo non è un compito facile, considerando le sue dimensioni - circa un miliardesimo di metro - ma questo articolo propone un metodo che potrebbe superare questo ostacolo.

Quando si interagisce con la luce laser, la nanostruttura toroidale ad anello - una specie di ciambella rimpicciolita un milione di volte - può intrappolare le molecole più lente al suo centro. Questo accade come la nano-trappola, che può essere realizzato in oro utilizzando tecniche di nanofabbricazione convenzionali, crea un campo di forza altamente localizzato che circonda le molecole. Il team prevede di utilizzare tecniche di microscopia a scansione di sonda per accedere a singole nanotrappole che farebbero parte di un array.

"Il microscopio a scansione di sonda offre una grande manovrabilità su scala nanometrica in termini di misurazione di forze estremamente piccole, " Ha detto Passian. "Questa è una capacità che sarà senza dubbio utile per futuri esperimenti di cattura.

"Una volta intrappolato, possiamo interrogare le molecole per le loro proprietà spettroscopiche ed elettromagnetiche e studiarle in isolamento senza disturbo dalle molecole vicine".

Mentre le precedenti dimostrazioni di molecole intrappolate si sono basate su grandi sistemi per confinare particelle cariche come i singoli ioni, questo nuovo concetto va nella direzione opposta, su scala nanometrica. Prossimo, Passiano, Siopsis e Salhi hanno in programma di costruire vere nanotrappole e condurre esperimenti per determinare la fattibilità di fabbricare un gran numero di trappole su un singolo chip.

"In caso di successo, questi esperimenti potrebbero aiutare a consentire l'archiviazione e l'elaborazione delle informazioni dispositivi che superano di gran lunga quello che abbiamo oggi, avvicinandoci così alla realizzazione dei computer quantistici, " ha detto Passiano.

Salhi immagina un futuro simile, detto, "Questi progressi stanno svelando la bellezza della risposta ottica per molte geometrie complesse e aprono la porta alla creazione manuale dell'ambiente elettromagnetico. Prevediamo applicazioni non solo per l'intrappolamento, ma anche nella progettazione di nuovi dispositivi otticamente attivi".