Investigadores del 5.º Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart han verificado un nuevo mecanismo de unión que forma una molécula entre una diminuta partícula cargada y un gigantesco (en términos moleculares) átomo de Rydberg. Los científicos observaron la molécula con la ayuda de un microscopio iónico construido por ellos mismos. Los resultados se publican en Nature .

Cuando se unen partículas individuales como átomos e iones, emergen moléculas. Dichos enlaces entre dos partículas pueden surgir si tienen, por ejemplo, cargas eléctricas opuestas y, por lo tanto, pueden atraerse entre sí. La molécula observada en la Universidad de Stuttgart presenta una característica especial:consiste en un ion con carga positiva y un átomo neutro en el llamado estado de Rydberg. Estos átomos de Rydberg han crecido en tamaño mil veces en comparación con los átomos típicos. A medida que la carga del ion deforma el átomo de Rydberg de una manera muy específica, emerge el enlace entre las dos partículas.

Para verificar y estudiar la molécula, los investigadores prepararon una nube de rubidio ultrafría, que se enfrió cerca del cero absoluto a -273 grados centígrados. Solo a estas bajas temperaturas la fuerza entre las partículas es lo suficientemente fuerte como para formar una molécula. En estos conjuntos atómicos ultrafríos, la ionización de átomos individuales con campos láser prepara el primer bloque de construcción de la molécula:el ion.

Rayos láser adicionales excitan un segundo átomo al estado de Rydberg. El campo eléctrico del ion deforma este gigantesco átomo. Curiosamente, la deformación puede ser atractiva o repulsiva dependiendo de la distancia entre las dos partículas, dejando que los socios de enlace oscilen alrededor de una distancia de equilibrio e induciendo el enlace molecular. La distancia entre los socios de unión es inusualmente grande y asciende a aproximadamente una décima parte del grosor de un cabello humano.

Microscopía con ayuda de campos eléctricos

Un microscopio de iones especial hizo posible esta observación. Fue desarrollado, construido y encargado por investigadores del 5th Physical Institute en estrecha colaboración con los talleres de la Universidad de Stuttgart. A diferencia de los microscopios típicos que trabajan con luz, el dispositivo influye en la dinámica de las partículas cargadas con la ayuda de campos eléctricos para ampliar y visualizar las partículas en un detector. "Podríamos obtener imágenes de la molécula flotante libre y sus constituyentes con este microscopio y observar y estudiar directamente la alineación de esta molécula en nuestro experimento", explica Nicolas Zuber, Ph.D. estudiante del 5º Instituto de Física.

En un próximo paso, los investigadores quieren estudiar los procesos dinámicos dentro de esta molécula inusual. Con la ayuda del microscopio, debería ser posible estudiar las vibraciones y rotaciones de la molécula. Debido a su tamaño gigantesco y la unión débil de la molécula, los procesos dinámicos son más lentos en comparación con las moléculas habituales. El grupo de investigación espera obtener conocimientos nuevos y más detallados sobre la estructura interna de la molécula. + Explora más

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