Американські вчені з Університету Оклахоми створили молекулу з рекордно високим дипольним моментом з раніше спостерігалися, ключ до її побудови - використання рідбергівських атомів. Стаття опублікована в журналі.
- Рідбергівські атоми - особливий клас водоподібних атомів, в яких зовнішній електрон знаходиться у високовізоленому стані, що відповідає значенням головного квантового числа (порядкового номера енергетичного рівня) аж до n = 1000. Радіус відповідної орбіталі при цьому може бути в мільйони разів більше радіусу звичайних атомів, але електрон все одно залишається пов'язаним з ядром.
- Автори поставили собі завдання створити молекулу з двох атомів цезію, один з яких перебував би в ридбергівському стані. Теорія пророкує, що при великих значеннях орбітального квантового числа зовнішнього електрона частинка буде володіти дипольним моментом близько декількох тисяч Дебай (для порівняння, біля води - 1,84 Дебай).
- Охолоджені до 40 мілікельвінів атоми цезію поміщали в спеціальну магніто-оптичну пастку й опромінювали імпульсами двох лазерів. Рідбергівський стан виникав в результаті двофотонного поглинання, що в два етапи переводив електрон на далеку орбіталь, після чого відбувалося пов'язування збудженого атома з неприпустимим. Діаметр частинки, що отримується, становив понад 100 нанометрів, однак її можна вважати молекулою завдяки наявності електронного зв'язку.
- Досліджуючи молекулярні спектри автори показали, що значення дипольного моменту отриманих частинок становить від 1910 до 2330 Дебай, що в сотні і тисячі разів перевищує спостерігалися раніше величини для аналогічних молекул з рубідію. Причиною цьому послужив високий зміст вироджених станів, що характеризуються великими.
- Молекули, подібні до описаної в статті, були вперше передбачені в 1970-их роках, але вперше їх синтезували лише в 2009 році, оскільки зв'язок між збудженим і неприпустимим атомом занадто слабкий і може існувати лише в певних умовах. Однією з потенційних областей застосування для отриманих систем є сильно корельовані квантові системи, такі як, наприклад, квантові комп'ютери.