Hur föreställer sig en forskare en kemisk reaktion i ett optiskt utrymme? Kredit: Enrico Ronca, IPCF-CNR
En forskargrupp från NTNU studerar ett ämne som kallas optiska utrymmen och hur ljus som fångas i dem interagerar med atomer, molekyler och andra partiklar. Teknik kan vara värdefull till exempel för utveckling av energibesparande kemiska processer eller läkemedelssyntes.
Professor Henrik Koch och Ph.D. Kandidaterna Rosario R. Riso, Tor S. Haugland och Marcus T. Lexander har visat överraskande resultat och är anmärkningsvärda.
– Vi har observerat ett effektivt sätt att beskriva molekyler i optiska utrymmen, säger professor Koch, som arbetar både vid avdelningen för kemi vid NTNU:s naturvetenskapliga fakultet och Scuola Normale Superiore di Pisa (SNS) i Italien.
Deras resultat publicerades nyligen Fysisk undersökning X och Naturens förbindelser.
Optiska luckor?
Men exakt vad är optiska luckor? Först och främst, tänk på att på den här skalan ser världen lite annorlunda ut än de flesta av oss är vana vid.
Inom kvantmekaniken skiljer sig inte partiklar och vågor från varandra eftersom de har något som kallas våg-partikeldualitet eller vågfunktion.
Vi kan inte heller skilja ljus från partiklar i optiska kaviteter som har en molekylär-ljus-dualitet. Denna kombination skapar nya färger och egenskaper i molekylerna som kan användas i kemiska och fysikaliska processer.
Reflekterande speglar
Optiska luckor kan skapas genom att använda två speglar som är extremt nära varandra, vanligtvis på nanometeravstånd från varandra. För att förstå molekyler måste vi titta på miljön där de befinner sig.
Liksom syret i norrskenet avger alla atomer och molekyler ljus eftersom de alltid interagerar med det svaga ljuset som finns i ett vakuum eller i “tomt” utrymme. En speciell egenskap i detta fall är att ljuset i ett tomt optiskt utrymme inte är detsamma som ljuset i ett vakuum utanför. Att placera molekylen i rymden kommer att ändra både färgen och intensiteten på ljuset som emitteras från molekylen.
“I ett optiskt utrymme som reflekterar speglar kan molekyler interagera starkt med ett kvantmekaniskt vakuum”, säger Koch.
Forskargruppen arbetar bara med simuleringar, så det är viktigt att arbeta med ett experimentteam som kan testa om teamets teorier stämmer.
För detta ändamål träffade forskargruppen professor John de Mello och Ph.D. Kandidat Enkui Lian från NTNU Nano har utvecklat prototyper för användning i forskning.
En allmän teori
Molekylär orbitalteori är ett viktigt teoretiskt verktyg inom kemi och används flitigt inom både oorganisk och organisk kemi för att förstå kemiska reaktioner.
“Vi hittade den första sekventiella molekylära orbitala teorin om kvantelektrodynamik, den molekylära orbitala teorin för molekyler i optiska utrymmen,” sa Koch.
Med hjälp av denna teori kan forskare förutsäga hur molekyler kommer att reagera i optiska utrymmen, samt vilka färger och egenskaper molekylerna kommer att ha.
Exakt teoretisk modellering avslöjar förändringar i molekyler som interagerar med kvantljus
Detaljer:Rosario R. Riso et al, Molecular orbital theory in space QED-miljöer, Naturens förbindelser (2022). DOI: 10.1038 / s41467-022-29003-2
Tillhandahålls av Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet
Citat: Optiska luckor kan ge nya tekniska möjligheter (12 maj 2022) Hämtad 12 maj 2022 från https://phys.org/news/2022-05-optical-cavities-technological-possibilities.html.
Detta dokument är upphovsrättsskyddat. Ingen del får reproduceras utan skriftligt tillstånd, förutom för personlig forskning eller någon rättvis transaktion för forskningsändamål. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.
