Künstlerische Konzept dieser Forschung.Illustration: Steven Burrows/JILA
Wissenschaftler haben, zeichnet sich die Quanten Verhalten von Buckminster-Fulleren-Molekülen, auch bekannt als buckyballs, mit der Hoffnung, eines Tages vielleicht wandeln Sie in eine Miniatur-Quantencomputer.
Buckyballs sind die Nobelpreis-Moleküle aus sechzig Kohlenstoffatomen, angeordnet in einer geschlossenen, Fußball-Kugel-Form. Ihre Besondere Struktur verleiht Ihnen mit seltsamen beobachtbaren Quanten-Eigenschaften, und Ihnen gegeben hat, verwendet in solar-panels, und auch die Medizin. Aber ein team von Wissenschaftlern aus JILA, einer Forschungseinrichtung wird von der National Institute of Standards and Technology und der University of Colorado, hat Messungen in Vorbereitung für die Nutzung von buckyballs’ Quanten-Eigenschaften in noch seltsamere Wege.
Zurück in den 1960er und 1970er Jahren, Forscher vermutet die Existenz und die Form des 60-carbon buckyballs und die eigentlich im Jahr 1984. Die meisten nicht-Wissenschaftler von Ihnen gehört wegen Ihrer wilden Form, erinnert an die geodätischen Kuppeln entworfen von Architekt und futurist Buckminster Fuller. Physiker Forschung buckyballs, denn Sie haben einzigartige Eigenschaften, die sich aus Ihrer ikosaedrischen Symmetrie. Ein buckyball hat 60 Achsen, auf denen es gedreht werden kann, aber immer noch genau gleich Aussehen.
Quantenmechanik beschäftigt sich in der Physik der kleinsten Sachen—die kleinste Größe, die in kürzester Zeit und den niedrigsten Energie—und postuliert, dass auf der kleinsten Skala, physikalischen Eigenschaften auf diskreten Werten. Denken Sie über ein atom-Absorption eines Photons, wodurch ein Elektron auf, springen in eine höhere Energie-Ebene. Für diese Forschung ist, ersetzen Sie das atom mit einer buckyball, und ersetzen Sie die Elektronen mit Einheiten der Schwingung und rotation. Das Physiker-team wollte zu charakterisieren buckyballs’ Verhalten in diesem niedrig-Energie-Quanten-regime, und wie sich Ihre Schwingung und rotation verändert in kleinen Sprüngen in Reaktion auf bits von Energie.
Die Forscher zuerst erhitzt eine Feste Masse von buckyballs, um ein gas von Molekülen, und dann führte Sie Sie zu einem hintergrund kaltem argon-gas, das gekühlt, den buckyballs auf rund -139 Grad Celsius, oder-216 Grad Fahrenheit, so dass Sie auf sich nahm, der niedrigste Energie-Zustand. Die Forscher dann schossen die buckyballs mit einem Infrarot-laser und gemessen, wie Sie absorbiert das Licht, um zu charakterisieren, die anderen quantenzustände. In der Regel, untere-Energie-umdrehungen sind schwieriger zu unterscheiden als die höheren Energie-Schwingungen, aber die Wissenschaftler waren in der Lage zu Messen, die buckyballs mit genug Auflösung, um zu bestimmen, sowohl die Schwingungs-und Rotations-Staaten.
Das ist cool für eine Reihe von Gründen. “Die Experimente, über die hier berichtet so aufzustellen [Buckminster-Fulleren] als das größte Molekül”, deren einzelne quantenzustände geprägt gewesen, so das Blatt veröffentlichte Anfang dieses Monats in der Wissenschaft. Normalerweise ist eine solche Messung wäre unglaublich Komplex, erklärt das Papier die Autoren, aber es wurde erleichtert durch die buckyball einzigartige Struktur.
“Es ist eine wirklich gut konzipierte Molekül, das die für seine Größe,” Studie Autor Marissa Weichman sagte Gizmodo.
Autor der Studie P. Bryan Changala erklärt, dass das Schießen der Moleküle mit dem laser ist ähnlich wie das zupfen einer saite. Andere komplexe Moleküle “flop um, zerstreuen, und Sie zerfallen,” sagte er. Aber “mit [buckyballs], wenn Sie zupfen, es ist wie eine Glocke.”
Abgesehen von kombiniert eine Menge Coole Wissenschaft in einem Papier, die Forschung könnte schließlich führen zu interessanten Technologie auf der ganzen Linie. Die Testergebnisse bestätigten, dass jeder der buckyball Kohlenstoff-Atome war nicht möglich. Wenn jedes atom hatte noch eine neutron im Kern, Sie würden erwerben potenziell kontrollierbar quantum Eigenschaft, die man als kernspin, im wesentlichen drehen sich die Atome in 60 identische Quanten-bits oder qubits. Könnten buckyballs nützlich als kleine Quanten-Simulatoren oder Prozessoren.
Und da wir wissen, dass diese Moleküle existieren im Raum um kohlenstoffreiche Sterne, charakterisieren das Molekül hier auf der Erde könnte helfen Wissenschaftler verstehen es im Raum.
Es ist Geistes-Biege-Wissenschaft, das ist sicher, und wir sind nirgendwo in der Nähe zu sehen, einen buckyball-powered Quanten-computer. Aber die Wissenschaftler sind erst am Anfang zu entsperren, die das wahre potential dieser eigenartigen Moleküle—und die Natur der Quantenmechanik selbst.
“Zu sehen, die quantenmechanische Struktur für ein Molekül, das groß und symmetrisch wurde noch nie gemacht mit dieser Art von Klarheit”, sagte Weichman. “Dies ist eine aufregende Grenze.”
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