«Запрещённые» колебания в молекулах: новый шаг к точным часам и кубитам

Исследователи из Базельского университета идентифицировали и контролировали «запрещённые» переходы в одиночных изолированных молекулах азота, используя метод квантово-логической спектроскопии

«Запрещённые» переходы между уровнями энергии атомов и молекул крайне маловероятны, однако обладают чётко определённой частотой — это делает их ценными для точных измерений. В атомах такие переходы уже лежат в основе самых точных часов, а в молекулах их было трудно найти и контролировать из-за сложной структуры энергетических уровней.

Команда под руководством профессора Стефана Виллитча изучала заряженные молекулы азота. Для измерений применялась квантово-логическая спектроскопия: одиночную заряженную молекулу азота удерживали вместе с заряженным атомом кальция. Атом кальция служил «посланником» — его можно заставить светиться с помощью лазера, и по его реакции учёные определяли состояние молекулы азота, не изменяя его.

Чтобы найти частоты света, возбуждающие «запрещённые» колебания молекулы, исследователи варьировали частоту другого лазера. С помощью серии импульсов они возбуждали колебания и возвращали молекулу в исходное состояние. Повторные измерения на нескольких сотнях поочерёдно подготовленных молекул позволили выявить различные компоненты перехода и определить фундаментальную частоту колебаний молекулы в десять раз точнее, чем в предыдущих измерениях.

Такие переходы могут стать основой молекулярных часов и кубитов, а также помочь проверить фундаментальные законы физики — например, выяснить, остаётся ли постоянным отношение масс протона и электрона с течением времени.

Ранее по теме: Китайские учёные изучили взаимодействие колебаний в молекулах CO₂ на поверхности

Источник: EurekAlert!