Z łatwością można obrócić piłką tenisową w swojej dłoni poprzez skręcenie palców. Ale skręcenie obiektu o szerokości miliardowych części metra jest znacznie trudniejsze. Naukowcy z Argonne National Laboratory (ANL) donoszą, że mogą precyzyjnie obracać pojedynczą cząsteczkę o tak małej średnicy. Kluczowa jest obecność atomu europu – pierwiastka ziem rzadkich.
Czytaj też: Fizyka kwantowa – siedem faktów, które warto znać
Kluczowym składnikiem jest pojedynczy atom europu, pierwiastka ziem rzadkich. Spoczywa on w centrum kompleksu różnych atomów i daje cząsteczce wiele potencjalnych zastosowań. Szczegóły opublikowano w czasopiśmie Nature Communications.
Jesteśmy w stanie obrócić ten kompleks europu o 60 lub 120 stopni w prawo lub w lewo. Możliwość kontrolowania ruchu kompleksu metali ziem rzadkich, takiego jak ten, może mieć wpływ na szerokie spektrum technologii. To obejmuje mikroelektronikę, technologie kwantowe, katalizę w celu przyspieszenia reakcji, konwersję światła w energię elektryczną i wiele innych. Prof. Saw Wai Hla z Argonne National Laboratory
Europ jest kluczowy
Termin pierwiastki ziem rzadkich dotyczy nie tyle pierwiastków, które są rzadkie per se, ale są krytycznymi materiałami używanymi w wielu urządzeniach elektronicznych (smartfonach, komputerach, monitorach czy panelach słonecznych).
Pierwiastki ziem rzadkich łatwo łączą się z innymi pierwiastkami w skorupie ziemskiej, dlatego ich produkcja jest trudna i kosztowna. Kompleks europu stworzony przez naukowców z Argonne naturalnie zmniejsza ilość ziem rzadkich potrzebnych do danego urządzenia, więc automatycznie obniża koszty produkcji elektroniki.
Normalnie, jeśli przymocujesz kompleks, taki jak nasz z dodatnimi i ujemnymi ładunkami do arkusza metalu, ładunki rozpraszają się. Byliśmy więc zachwyceni, gdy to się u nas nie zdarzyło. Nasze obliczenia wskazały, że atomy w kompleksie otaczające atom europu działają jak izolator, który zapobiega rozpraszaniu się ładunków na arkuszu złota. Prof. Saw Wai Hla
W temperaturze 100 Kelwinów, kompleks obraca się nieustannie i zatrzymuje dopiero wtedy, gdy temperatura spadnie do ultraniskich 5 Kelwinów. Użycie energii elektrycznej inicjuje pożądany obrót o 60 lub 120 stopni, zgodnie lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.
Naszą główną misją jest zrozumienie na poziomie atomów właściwości metali ziem rzadkich, które są materiałami krytycznymi dla amerykańskiego przemysłu. Ten konkretny projekt może korzystnie wpłynąć na wiele różnych technologii, które istnieją obecnie lub mogą zostać opracowane. Prof. Saw Wai Hla
