奇怪的三叶虫形状的分子首次在实验室中产生

物理学家第一次成功地在被称为三叶虫里德堡分子的实验室中创造了一种奇怪的、脆弱的结构。

建造和观察这些奇特的原子结构使科学家对电子在原子附近散射时的量子活动有了新的见解。

由于它们的化学键不同于任何其他（我们所知道的），这些发现为开发更好的分子理论模型和理解它们的动力学开辟了途径。

里德堡分子是由一种称为里德堡原子.在一个正常的原子中，你有原子核，被它微小的电子群包围。如果你只给原子增加一点能量，电子群就会膨胀一点，使原子变得更大、更松散。

里德堡原子是当你在允许它仍然保持其电子的条件下添加大量能量时得到的。对于一个原子来说，它膨胀得相当大，直径为许多微米，电子在不飞走的情况下尽可能松散地结合。

因为它们是如此松散，里德堡原子以一种夸张的方式表现，这使得它们可用于进行实验.

分子是以某种方式聚集在一起的原子排列，例如通过共同生育电子或可能通过对比电荷。如果你使用里德堡原子，你会得到一个里德堡分子，但原子相互粘附的方式可能与债券有很大不同加入更常规的分子。

它们看起来非常不同，其分布电子模式类似于三叶虫或蝴蝶.

在凯泽斯劳滕-兰道大学的物理学家Max Althön的带领下，Herwig Ott实验室的一组科学家首次创造了纯三叶虫里德堡分子。

他们从铷原子开始，超冷却到绝对零度以上0.0001度。然后，他们使用激光将一些原子激发到里德堡态。

“在这个过程中，每种情况下最外层的电子都被带入围绕原子体的遥远轨道，”奥特 说.“电子的轨道半径可以超过一微米，使电子云比一个小细菌还大。

里德堡分子可以通过将基态原子（尚未被激发到里德堡态的原子）带入里德堡原子的浮肿电子群中来产生，这两个原子不是通过标准的化学键粘在一起，而是通过一种奇怪的量子吸引力。

“正是里德堡电子从基态原子的量子力学散射，将两者粘在一起，”Althön 解释道.

“想象一下电子在原子核周围快速运行。在每次往返时，它都会与基态原子发生碰撞。与我们的直觉相反，量子力学告诉我们，这些碰撞导致电子和基态原子之间的有效吸引力。

由于反复碰撞，电子分布成类似于三叶虫分段甲壳的干涉图案。

它还具有其他一些迷人而奇怪的特性。分子键的长度几乎与里德堡轨道的大小相同，也就是说，对于原子尺度来说，这是相当大的。电子和基态原子之间的吸引力强度也相当高。

这意味着里德堡分子具有更高的电偶极矩比任何其他分子;即正负电荷之间的分离，也称为极性。

Althön和他的同事观察到的三叶虫里德堡分子具有超过1,700德拜的电偶极矩，这是非常高的。对于水分子，该措施小于 2 debye。

不仅能够创造，而且能够探测纯三叶虫里德堡分子，这为物理学家提供了测试和理解量子领域的新工具。

它在量子信息处理方面也有潜在的应用。而且，研究人员说，它可以更广泛地应用于研究不同物种的这些奇怪分子。

“总之，我们通过采用三光子光缔合测量了两个纯三叶虫里德堡分子的振动系列，”他们写道.“使用这种方法，在任何具有负s波散射长度的元素中产生三叶虫分子应该是可能的。

该研究已发表在自然通讯.

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