Nano-mirrors mix physical molecules with light / Nano-specchi mescolano molecole fisiche con la luce

Nano-mirrors mix physical molecules with light / Nano-specchi mescolano molecole fisiche con la luce


Segnalato dal Dott. Giuseppe 

Cotellessa / Reported by Dr. Joseph 

Cotellessa

(Credit: Yi Ju/University of Cambridge NanoPhotonics)
A team of researchers led by Cambridge University has developed tiny optical cavities that cause molecules and photons to mix, opening up possibilities for quantum processing.
Described in the journal Naturethe work involved creating cavities just one nanometre wide in order to trap light. The researchers used the tiny gap between a gold nanoparticle and a mirror, and placed a coloured dye molecule inside. With such a minute mirrored space, the energy between the photon and the dye molecule oscillates back and forth so rapidly that it results in a complete mixing of the two.
“It’s like a hall of mirrors for a molecule, only spaced a hundred thousand times thinner than a human hair,” said lead researcher Prof Jeremy Baumberg from the NanoPhotonics Centre at Cambridge’s Cavendish Laboratory.
To achieve the mixing, the dye molecules need to be aligned correctly in the nanometre cavity. But the molecules have a tendency to lie flat on the gold, rather than upright as required. Working with a team of chemists at Cambridge led by Prof Oren Scherman, Baumberg and his colleagues were able to encapsulate the dyes in hollow barrel-shaped molecular cages called cucurbiturils, which held the dye molecules upright.
When the dye is introduced to the cavities with the trapped light, the resulting molecule scattering spectrum splits into two separated quantum states, which indicates the ‘mixing’. This spacing in colour corresponds to photons taking less than a trillionth of a second to return to the molecule, meaning detecting the signature was a difficult task.
“Finding single-molecule signatures took months of data collection,” said Rohit Chikkaraddy, the paper’s lead author.
Previous attempts to achieve this type of mixing have only been successful at extremely low temperatures, but the Cambridge team’s work was carried out at room temperature. Along with potential applications for quantum computing, the research could help further the understanding of photosynthesis, or even manipulate the chemical bonds between atoms.

ITALIANO

Un GRUPPO di ricercatori guidato da Cambridge University ha sviluppato piccole cavità ottiche che causano il mescolamento tra le molecole e fotoni, aprendo nuove possibilità per l'elaborazione quantica.

Descritto sulla rivista Nature, il lavoro ha coinvolto la creazione di cavità appena un nanometro di larghezza in modo da intrappolare la luce. I ricercatori hanno utilizzato il piccolo divario tra una nanoparticella d'oro e uno specchio, e collocato una molecola di colorante all'interno. Con tale ridotto spazio, l'energia tra il fotone e la molecola di colorante oscilla avanti e indietro così rapidamente che si traduce in una completa miscelazione dei due.

"E 'come un gioco di specchi per una molecola, distanziati solo centomila volte più sottili di un capello umano", ha detto il ricercatore Prof. Jeremy Baumberg dal Centro nanofotonica al Cavendish Laboratory di Cambridge.

Per ottenere la miscelazione, le molecole di colorante devono essere allineati correttamente nella cavità con dimensione di nanometri. Ma le molecole hanno la tendenza a sdraiarsi sul oro, anziché verticale come richiesto. Lavorarando con u gruppo di chimici a Cambridge guidati dal Prof Oren Scherman, Baumberg e suoi colleghi sono stati in grado di incapsulare i coloranti in gabbie molecolari in cavità a forma di botte chiamate cucurbiturile, che ha tenuto le molecole di colorante in posizione verticale.

Quando il colorante viene introdotto nelle cavità con la luce intrappolata, il risultante spettro della molecola di dispersione divide in due stati quantici separati, che indica la 'miscelazione'. Questa spaziatura in colore corrisponde a fotoni che impiegnao meno di un trilione di secondo per tornare alla molecola.
"Alla ricerca dell'individuazione di una  singola molecola ci sono voluti mesi di raccolta dei dati", ha dichiarato Rohit Chikkaraddy, autore principale della carta.

I precedenti tentativi per raggiungere questo tipo di miscelazione sono avvenute con successo solo a temperature estremamente basse, ma il lavoro del gruppo di Cambridge è stato effettuato a temperatura ambiente. Insieme con potenziali applicazioni per l'informatica quantistica, la ricerca potrebbe aiutare ulteriormente la comprensione della fotosintesi, o addirittura manipolare i legami chimici tra gli atomi.

http://www.theengineer.co.uk/nano-mirrors-mix-physical-molecules-with-light/?cmpid=tenews_2365344

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