激光改變的分子以不同的方式投射煉金術(shù)

自中世紀(jì)以來(lái)，煉金術(shù)士一直在尋求轉(zhuǎn)化元素，最著名的例子是將鉛變成黃金的長(zhǎng)期探索。嬗變?cè)诂F(xiàn)代已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，但使用大質(zhì)量粒子加速器的規(guī)模很小。

現(xiàn)在，普林斯頓大學(xué)的理論家提出了一種不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一古老的抱負(fù)——讓一種材料表現(xiàn)得像另一種材料。2月24日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》(PhysicalReviewLetters)雜志上的一項(xiàng)計(jì)算理論表明，可以使任何兩個(gè)系統(tǒng)看起來(lái)相似，即使只是一秒的最小分?jǐn)?shù)。

自中世紀(jì)以來(lái)，煉金術(shù)士一直在尋求轉(zhuǎn)化元素，最著名的例子是將鉛變成黃金的長(zhǎng)期探索?，F(xiàn)在，普林斯頓大學(xué)的理論家們提出了一種不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一古老的雄心壯志——讓一種材料表現(xiàn)得像另一種材料，即使只是一秒鐘的時(shí)間。研究人員從左到右分別是化學(xué)副研究員RenanCabrera;HerschelRabitz，普林斯頓大學(xué)CharlesPhelpsSmyth'16*17化學(xué)教授;化學(xué)副研究員DenysBondar;和研究生安德烈坎波斯。(化學(xué)系C.ToddReichart攝)

在這種情況下，要使兩個(gè)物體“看起來(lái)”彼此相似，它們需要以相同的方式反射光線(xiàn)。普林斯頓研究人員的方法涉及使用光對(duì)物質(zhì)分子進(jìn)行非永久性改變，以便它們模仿另一種物質(zhì)分子的反射特性。這種能力可能會(huì)對(duì)光學(xué)計(jì)算產(chǎn)生影響，光學(xué)計(jì)算是一種計(jì)算，其中電子被光子取代，可以大大提高處理能力，但已被證明極難設(shè)計(jì)。它還可以應(yīng)用于分子檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)，其中昂貴的樣品可以用更便宜的替代品代替。

合著者赫歇爾·拉比茨(HerschelRabitz)實(shí)驗(yàn)室的副研究學(xué)者、合著者丹尼斯·邦達(dá)爾(DenysBondar)說(shuō)：“對(duì)于‘任何兩個(gè)物體都可以看起來(lái)相似’這樣的一般性陳述，我們感到非常震驚。”,普林斯頓的CharlesPhelpsSmyth'16*17化學(xué)教授。

普林斯頓大學(xué)的研究人員假設(shè)，他們可以通過(guò)控制照射在分子或任何物質(zhì)上的光來(lái)控制從分子或任何物質(zhì)反射回來(lái)的光，這將使他們能夠改變它的外觀(guān)。這種類(lèi)型的操作需要強(qiáng)大的光源，例如超快激光，并且只能持續(xù)一飛秒或千萬(wàn)億分之一秒。與普通光源不同，這種超快激光脈沖的強(qiáng)度足以與分子相互作用并扭曲它們的電子云，同時(shí)不會(huì)真正改變它們的身份。

“分子發(fā)出的光取決于其電子云的形狀，而電子云可以用現(xiàn)代激光雕刻，”Bondar說(shuō)。使用先進(jìn)的計(jì)算理論，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種稱(chēng)為“光譜動(dòng)態(tài)模擬”的方法，使他們能夠計(jì)算激光脈沖形狀，包括時(shí)間和波長(zhǎng)，以產(chǎn)生任何所需的光譜輸出。換句話(huà)說(shuō)，讓任何兩個(gè)系統(tǒng)看起來(lái)都一樣。

相反，這種光譜控制也可用于使兩個(gè)系統(tǒng)看起來(lái)盡可能不同。研究人員表示，這種差異可能對(duì)分子檢測(cè)的應(yīng)用有價(jià)值，例如識(shí)別有毒化學(xué)品與安全化學(xué)品。

加州大學(xué)歐文分?；瘜W(xué)教授ShaulMukamel表示，普林斯頓的研究是在一個(gè)重要且活躍的研究領(lǐng)域向前邁出的一步，該領(lǐng)域稱(chēng)為相干控制，在該領(lǐng)域可以操縱光以控制分子水平的行為。曾與Rabitz實(shí)驗(yàn)室合作但未參與當(dāng)前工作的Mukamel表示，Rabitz小組幾十年來(lái)一直在該領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，推動(dòng)了量子計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，并利用光來(lái)驅(qū)動(dòng)人工化學(xué)反應(yīng)。

“這是相干控制的一個(gè)非常普遍和很好的應(yīng)用，”Mukamel說(shuō)。“這表明你可以通過(guò)塑造光路，讓分子預(yù)先做你想做的事情——這可能非常重要。”