ABD’den Harvard Üniversitesi bilim insanları dünyanın en hassas kontrol edilen kimyasal reaksiyonunu normalde bir araya gelip bir molekül oluşturmayan elementler arasından sadece iki atom üzerinden gerçekleştirdiler.
Bu iki elementten biri sodyum (Na) ve diğeri sezyumdan (Cs) ilgi çekici bir alaşım benzeri molekül elde edildi. Bu şekilde iki “atom”un reaksiyona sokulması gelecekte ihtiyacını duyacağımız türdeki malzemelerin yapılması için yeni bir yol olabilir.
Jun Ye, ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü
Sodyum ve sezyum atomlarının tek bir molekül oluşturmasında bu iki alkali metali birbirine yaklaştırmak amacıyla onları manipüle etmek için optik cımbız (İng. optical tweezers) adı verilen bir aygıt kullanıldı. Böyle bir aygıt ile laser demeti çok küçük ölçekteki cisimleri bir yerden bir yere hareket ettirmek, yönlendirmek için kullanılabilir.
Sodyum ve sezyum periyodik cetvelin aynı grubunda yer alırlar ve bu nedenle de benzer reaktif özelliklere sahiptirler. Birbirleriyle de bir molekül oluşturmak için bağ kurma eğilimleri yoktur. Ancak eğer bu iki elementin atomları birbirleriyle bir şekilde bağ kurabilmiş olsalardı, kuantum bitlerin (kubitlerin) depolanmasında işe yarayabilirlerdi. Çünkü bir NaCs molekülünün polarize (kutuplanma) elektriksel özellikleri bunu sağlayabilir.
NaCs molekülü belki doğal olarak oluşamaz ama bu elementlerden iki atom doğru enerjiyle yeterince birbirlerine yakın olduğunda aralarında bir bağlantı oluşması beklenebilir. Bu mükemmel enerji ve zamanlama gerektiren iş için araştırmacılar bir vakum odasındaki örtüşen manyeto-optik tuzaklarda tuttukları tek atomları mutlak sıfırın üzerinin biraz üzerine kadar soğutmak için onların üzerine ultrasoğuk bir laser aracı ile fotonları gönderdiler. Bu teknik laser soğutma olarak bilinen ve yaygın kullanılan bir tekniktir.
Bu deneyde, bir laser çifti kullanıldı. Bu laserler atomları hareket ettirecek bir elektriksel etkiyi oluşturuyor ve böylece, her bir atom her bir laserin odak noktasına doğru yönlendiriliyor. Zamanla, iki atom kolayca çarpışacak yakınlığa geliyor. Ancak bu hâlâ iki atomun bir molekül oluşturacağının garantisini vermez, doğru momentum ve enerji seviyelerinin korunması gerekiyor. Bunun için de araştırmacılar doğru laser sinyallerini kullanmalı.
Optik cımbızlardan biri 700 nm ve diğeri 976 nm dalgaboyundadır. Sodyum ve sezyumun farklı kutuplanabilirlikleri bu iki farklı dalgaboyunun kullanılmasını gerektiriyor. İki atom böylece iki optik cımbızın odak noktasında ufak bir vakum odasının içinde ayrı ayrı manipüle edilebilir. Sonra, bu yolla iki atom bir dipol tuzağına birlikte getirilir. Bu dipol tuzağında bir fotobirleşme reaksiyonu ile iki atom bir moleküle dönüşür. Kimyasal reaksiyonu izlemek ve oluşan ürünün kimyasal karakteristiklerini belirlemek için tek-molekül spektroskopisi kullanıldı. Fotobirleşme spektrumu bir sodyum atomu ve bir sezyum atomunu içeren tek bir molekülün açık kanıtını sağladı.
Bu çalışmanın araştırmacılarından biri olan ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nden Jun Ye’ye göre “Bu deneysel çalışma bir kimyasal reaksiyon sürecinin ilk defa deterministik bir şekilde kontrol edildiğini gösterdi.”
Sonuçta, son derece ince bir seviyede neler olduğunun detaylarını Science dergisinde yayınlanan makalede paylaşan bilim insanlarına göre aynı kuantum durumunda iki atom arasında kısa süreli bir bağ oluştu. Araştırmacılara göre bir sonraki adım uyarılmış durumdaki atomlar yerine taban durumunda olan (bir atomun en düşük enerjili durumunda) atomları bir araya getirerek daha uzun süreli moleküller oluşturmak. Daha karmaşık moleküller ile yapılacak ufak kuantum aygıt bileşenleri ise gelecekte yeni nesil kuantum bilgisayarları için kullanılabilir.
Gökhan Atmaca
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
Kuark Bilim Topluluğu Bilim Sitesi Kuark.Org’u Facebook’ta Takip Edebilirsiniz.
Referanslar:
Mike Mcrae, Scientists Just Achieved The World’s Most Precise Chemical Reaction, ScienceAlert
David Bradley, Two atom reaction is ultimate testing ground for chemistry, ChemistryWorld
Görsel Kaynak: © Science / AAAS
