از یک تله‌ی مغناطو-اپتیکی توسط فیزیک‌دانانی از ایالات متحده استفاده شده است تا چگونگی اندرکنش یون‌ها و اتم‌ها را برای ایجاد اکسیدهای قلیایی فوق‌فلزی مطالعه کنند؛ موادی که کاربردهای تکنیکی بالقوه‌ای دارند.

اکسیدهای قلیاییِ زمینیِ فوق‌فلزی (hypermetallic ) مولکول‌های خطی هستند که در آن‌ها یک اتم اکسیژن مابین دو اتم قلیاییِ زمینی قرار گرفته است. ویژگی‌های این اکسیدها را می‌توان به خوبی با انتخاب اتم‌های قلیاییِ زمینی تنظیم کرده و ساختارهایی را ایجاد کرد که برای گستره‌ی وسیعی از کاربردها شامل اپتیک غیرخطی، علم مواد یا سنتز شیمیایی مفیداند.

در حال حاضر این اکسیدها در پلاسماها تولید و مطالعه می‌شوند و این یعنی کنترل این فرآیند و دست‌یافتن به نگرش‌هایی در مورد چگونگی تشکیل آن‌ها کاری دشوار است.

کنترل کوانتومی

اکنون پراتیک پوری (Prateek Puri) و همکارانش از دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس، دانشگاه کانتیکت و دانشگاه میسوری راهی را یافته‌اند تا اکسیدهای قلیایی زمینی فوق‌فلزی را با اندرکنش یون‌ها و اتم‌ها در یک تله‌ی مغناطو-اپتیکی بسازند. این فرآیند شامل سردسازی واکنش‌دهنده‌ها تا دمای ۵ میلی‌کلوین و کنترل حالات کوانتومی اولیه‌ی واکنش‌دهنده هاست. در نتیجه آن‌ها قادر بود‌ه‌اند تا مطالعه‌ی بسیار دقیقی از تشکیل یک اکسید قلیاییِ زمینی متشکل از باریوم و کلسیم (BaOCa⁺) را بدست آورند.

این تیم کار خود را با بارگذاری یون‌های باریوم در داخل تله‌ی مغناطو-اپتیکی شروع کرده‌اند تا ریسمانی از یون‌های با فاصله‌ی برابر (بلور یونی) را ایجاد کنند. سپس یون‌های مولکولی متشکل از باریوم، اکسیژن و یک گروه متیل (BaOCH₃) را به درون تله وارد کرده‌اند. سپس این مواد طی فرآیندهایی همراه بلور یونی سرد می‌شوند و ابری حدود سه میلیون اتم کلسیم با BaOCH₃ اندرکنش می‌کند و BaOCa⁺ مطلوب به شکل یون‌های جدید در بلور ظاهر می‌شوند. سرانجام تله خاموش می‌شود و تمامی یون‌ها به یک آنالیزور جرمی هدایت می‌شوند که ترکیب و آرایش محصولات اندرکنش را تعیین می‌کند.

انرژی برخورد

پوری و همکارانش با تغییر دمای واکنش‌دهنده‌ها (و بنابراین تغییر انرژی جنبشی برخورد) در گستره‌ای از دماها از ۵ میلی‌کلوین تا ۳۰ کلوین، قادر شده‌اند تا اثر انرژی برخورد را بر روی چگونگی اندرکنش‌ها مورد مطالعه قرار دهند. آن‌ها از یک لیزر نیز استفاده کرده‌اند تا اتم‌ها کلسیم را، قبل از آن‌که واکنش رخ دهد، به درون حالات کوانتومی ویژه‌ای سوق دهند. با این کار آن‌ها نتیجه گرفته‌اند که برای اتم‌های در حالات کوانتومی معین، احتمال بیشتری برای اندرکنش وجود دارد؛ نسبت به اتم‌هایی که در حالات دیگر وجود دارند.

این پژوهش در مجله‌ی ساینس به چاپ رسیده است.

درباره‌ی نویسنده:

هامیش جانستون ویراستار physicsworld.com است.

منبع:

Ions and atoms react in magneto-optical trap