Подробное понимание физики отдельных атомов, взаимодействующих друг с другом на микроскопическом уровне, может привести к открытию новых явлений на стадии становления, помощь ведут синтез новых материалов, и даже помогают будущей разработке лекарственного средства.Но в уровне атомов, классическом, ньютоновом так называемом, не применяются правила физики, которую Вы изучили в школе.
На арене ультрамаленьких, различных правил, которыми управляет квантовая механика, необходимы, чтобы понять взаимодействия между атомами, где энергия дискретна, или ненепрерывна, и где положение неотъемлемо сомнительно.Исследовательская группа – включая Анибала Рамирес-Куестаа, Люка Дэемена, и Юнцян Чэна из Окриджской национальной лаборатории, а также Тимоти Дженкинса и Крэйга Брауна из Национального Института Стандартов и используемых Технологией спектроскопических инструментов, включая современный неэластичный нейтронный спектрометр под названием ВИДЕНИЕ в Источнике Нейтрона Расщепления ядра, чтобы исследовать динамику атомного уровня специального вида молекулярной структуры, названной клатратом.Клатраты состоят из структуры решетки, которая формирует клетки, заманивая другие типы в ловушку молекул внутри, как тюрьма молекулярного масштаба.
Клатрат команда учился, названный?-hydroquinone, состоял из клеток, сделанных из органических молекул тот H2 ловушки. Только единственная молекула H2 присутствует в каждой клетке, таким образом, квантовое поведение изолированных молекул могло быть исследовано подробно.«Практические примеры изолированных влиявших квантом частиц, которые пойманы в ловушку в четко определенных местах, обеспечивают возможность исследовать динамику при условиях, которые приближаются к подобному моделированию совершенству», объяснил Стробель.Исследовательская группа смогла наблюдать, как водородная молекула грохотала и вращалась в клетке.
Удивительно, наблюдаемое вращательное движение было непохоже на движение H2, пойманного в ловушку в связанных системах, в которых молекулы могут вращаться почти свободно во всех направлениях.«Поведение, которое мы наблюдали здесь, подобно поведению молекул H2, которые придерживаются металлической поверхности», объяснил Стробель. «Это – первый раз, когда это поведение, известное физикам как двумерный ротор, которому препятствуют, наблюдалось для водорода, пойманного в ловушку в молекулярном клатрате».
Оказывается, что местная структура сетчатой клетки значительно влияет на динамику H2, вызывая предпочтение вращения в двух размерах несмотря на то, что нет никаких включенных химических связей. В дополнение к фундаментальному пониманию это открытие могло иметь важные последствия для дизайна водородных материалов хранения, которые могут заманить H2 в ловушку для приложений транспортировки и энергии.
Эта работа была поддержана как часть энергетического Пограничного Исследования в Чрезвычайной Окружающей среде (EFree) Центр, энергетический Пограничный Научно-исследовательский центр, финансируемый американским Министерством энергетики, Офисом Науки под Премией № DE-SC0001057. Это исследование извлекло выгоду из использования ВИДЕНИЯ beamline (IPTS-16698) в Источнике Нейтрона Расщепления ядра ONRL, который поддержан Научным Пользовательским Подразделением Средств, Офисом Базовых энергетических Наук, американского Министерства энергетики, в соответствии с Контрактом № DE-AC0500OR22725 с UT Battelle, LLC.