Cuando pensamos en iones, generalmente pensamos en átomos individuales que han perdido o ganado algunos electrones, pero moléculas enteras también pueden convertirse en iones. En una nueva publicación que se destacó como sugerencia del editor en Physical Review Letters esta semana, físicos de la Universidad de Ámsterdam, QuSoft y la Universidad de Stony Brook, muestran que se pueden crear iones moleculares fríos utilizando un nuevo método, y que son muy herramienta útil para detectar pequeñas cantidades de otras moléculas regulares.
Iones atrapados
Un ion es un átomo o molécula con exceso o escasez de electrones. Al ser partículas cargadas, los iones pueden quedar ‘atrapados’ por campos electromagnéticos: es fácil mantenerlos en una posición fija. Los iones atrapados constituyen una plataforma prometedora para la computación cuántica. La razón de esto es que pueden almacenarse durante mucho tiempo y que los láseres modernos permiten a los físicos controlar iones individuales con mucha precisión. Estas propiedades también convierten a los iones atrapados en candidatos principales para estudiar reacciones químicas, especialmente cuando se sumergen en un baño de átomos o moléculas regulares.
En muchos experimentos de física, es útil estudiar partículas que son extremadamente frías, simplemente porque las partículas frías se mueven más lentamente y vibran menos, por lo que hay menos «ruido» en el experimento. Hasta ahora, los estudios de ion-molécula se han limitado a moléculas frías con temperaturas de alrededor de 1 kelvin (es decir, un grado por encima de la temperatura cero absoluta), pero el experimento híbrido de ion-átomo en la Universidad de Amsterdam ahora usa moléculas con temperaturas de solo unos pocos millonésimas de kelvin, estudiando las colisiones de iones y moléculas más frías del mundo.
Físicos liderados por Rene Gerritsma del UvA-Institute of Physics y QuSoft en colaboración con Arghavan Safavi-Naini (UvA/QuSoft) y Jesus Pérez-Ríos (Stony Brook University), midieron el ion molecular creado en una reacción química donde las moléculas de litio ( li2) e iones atómicos de iterbio (Yb+) se convierten en átomos de litio (Li) e iones moleculares de litio e iterbio (LiYb+). Pudieron usar esta reacción química para detectar cantidades muy pequeñas de moléculas. Sus resultados fueron publicados en la revista Physical Review Letters esta semana.
Gases ultrafríos
Además de sus muchos otros usos, como su uso en relojes extremadamente precisos y simulaciones cuánticas de sistemas de muchos cuerpos, los gases ultrafríos también se pueden usar para crear moléculas frías. Usando una técnica llamada magneto-asociaciónasí llamado dímeros de Feshbach puede crearse a partir de un gas ultrafrío, moléculas que son tan frías como el gas del que proceden sus partes. Al combinar estas moléculas con un solo ion atrapado, los físicos de IoP Henrik Hirzler, Rianne Lous y Eleanor Trimby observaron por primera vez reacciones químicas de iones-moléculas con moléculas ultrafrías.
Los investigadores observaron que las colisiones entre un solo ion y un dímero de Feshbach llevaron a la formación del ion molecular mencionado anteriormente, donde uno de los átomos de las moléculas se pega al ion. Mirando la fluorescencia del ion, la formación del ion molecular se puede observar al ver que la fluorescencia se oscurece, como resultado del hecho de que el ion molecular tiene niveles de energía que difieren de los del ion atómico. La presencia del ion molecular también se confirmó midiendo la frecuencia con la que resuena en la trampa de iones, una frecuencia que difiere para las partículas moleculares más pesadas. Mediciones adicionales revelaron que, de hecho, cada La colisión ion-molécula resultó en la formación de un ion molecular.
Una reacción útil
Luego, el grupo descubrió que sus métodos eran muy sensibles: podían usar la reacción Li2 +Yb+ → LiYb+ + Li para detectar solo unas 50 moléculas en una nube de 20.000 átomos. Para tales cantidades mínimas de moléculas, las técnicas de formación de imágenes normales suelen fallar. Por lo tanto, el ion podría usarse como un sensor mucho mejor para las moléculas. Este resultado es un primer paso para poder probar los estados cuánticos de la materia con un solo ion como detector.
La reacción química en frío observada también apunta a un nuevo método para obtener iones moleculares fríos y controlables. Son especialmente interesantes para la espectroscopia de precisión y para una mejor comprensión de las colisiones ultrafrías y la química.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Amsterdam. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
