Crédito:Instituto de Física de Leiden
La detección óptica de un solo electrón utilizando una sola molécula nunca se ha realizado. El físico de Leiden Michel Orrit y su equipo han identificado una molécula que es lo suficientemente sensible como para detectar un electrón a una distancia de cientos de nanómetros. Los resultados se publican como artículo de portada en ChemPhysChem .
Los físicos han podido manipular electrones individuales durante algún tiempo. Pero solo pueden verlos como parte de una corriente eléctrica que consta de miles de electrones. Un objetivo en física es un método de detección indirecta de electrones individuales utilizando una sola molécula. En el futuro, una computadora cuántica podría usar este método para localizar qubits con luz sin alterar su estado cuántico de espín, un requisito esencial para las computadoras cuánticas. El físico de Leiden Michel Orrit y su grupo han dado un primer paso hacia el desarrollo de esta técnica al identificar un sistema molecular que es lo suficientemente sensible como para detectar un electrón a cientos de nanómetros de distancia.
Los investigadores, incluidos los autores principales Zoran Ristanović y Amin Moradi, encontró que la molécula fluorescente dibenzoterrylene (DBT) posee dos propiedades vitales para la detección de carga única, siempre que esté incluida en un cristal molecular de 2, 3-dibromonaftaleno. Primero, Las moléculas de DBT son fluorescentes. emitiendo un espectro estrecho de luz visible que es estable durante períodos de tiempo más largos (fig. 1). Segundo, esas estrechas líneas espectrales cambian significativamente en presencia de un campo eléctrico (fig. 2). Esto se convertirá en el signo revelador de una carga cercana, porque las cargas generan tal campo eléctrico.
Figura 1. Líneas espectrales fluorescentes de múltiples moléculas DBT en ausencia de un campo eléctrico. Las líneas mantienen una frecuencia estable a lo largo del tiempo.
Orrit y sus colegas muestran que pueden detectar fácilmente campos eléctricos del orden de 1 kV / cm (figura 2) con una molécula de DBT. Esta es una sensibilidad más que suficiente para detectar un solo electrón a 100 nm de distancia, cuyo campo eléctrico es de aproximadamente 1,5 kV / cm. Usando múltiples moléculas que responden de manera similar a un campo eléctrico, los físicos incluso podrían usar la triangulación para encontrar la ubicación del electrón, similar al GPS. El siguiente paso es detectar un electrón real. El equipo de investigación está construyendo actualmente un dispositivo de un solo electrón para ese experimento.
Figura 2. Las líneas espectrales se ven fuertemente afectadas por un campo eléctrico. (En ausencia de un campo eléctrico son horizontales, ver fig. 1.) El cambio de frecuencia delata la presencia de un campo eléctrico. Un electrón genera un campo eléctrico de 1,5 kV / cm a una distancia de 100 nm, por lo que el cambio de frecuencia sería lo suficientemente grande como para detectar este campo.
