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迄今最小放大镜“看”到单原子活动

迄今最小放大镜“看”到单原子活动
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剑桥大学研究人员开发的纳米光学装置。

拼搏在线  数百年来科学家们一直坚信,光跟所有其他波一样,不能被聚焦到比它们的波长更小,即不到百万分之一米。但英国剑桥大学官网10日发布公告称,该校研究人员联合西班牙同行组成的国际团队研制出世界上目前最小放大镜,将聚光能力提高了10亿倍,首次实现低于波长的聚焦,并利用该放大镜对单个原子进行了实时观察。

  这款纳米放大镜是用高导电性金纳米粒子制成的迄今最小的光腔,小到只允许单个分子通过,其金纳米结构的腔壁也只是单个原子尺寸,却能将光聚焦到低于百万分之一米。发表在《科学》杂志上的研究论文称,这一成果将开启研究光与物质强相互作用的新方法,并有望帮助科研人员创建全新化学反应类型以及全新感应装置。

  研究人员表示,他们在构建单个原子控制的纳米结构中遇到了极大挑战。“我们必须将样本冷却到零下260℃,才能将到处乱窜的金原子冷冻‘平复’。”论文主要作者弗利克斯·本兹说,“最后终于通过向样本照射激光构建了皮级光腔(一皮等于万亿分之一单位),从而能实时观察单个原子的活动情况。”

  研究还证明,单个原子有潜力用来做成微型避雷针,与传统避雷针聚焦闪电中的电流不同,新型避雷针通过聚焦闪电中的闪光来保护人类免遭雷电袭击。研究甚至发现,单个金原子表现出微型金属球的特性,引导电子随处漫游,与量子世界电子绕原子核运动完全不同。

  这些发现有望开创光催化反应的全新领域,帮助合成复杂分子,还有望带来新型光子机械数据存储装置,即用光来书写和识别信息并以分子振动形式将这些光学信息储存起来。