La interacción de la luz con la materia es la base de la espectroscopía, un conjunto de técnicas que se encuentran en el corazón de la física y la química. Desde la luz infrarroja hasta los rayos X, se utiliza un amplio barrido de longitudes de onda para estimular vibraciones, transiciones de electrones yotros procesos, sondeando así el mundo de átomos y moléculas.
Sin embargo, una forma de luz menos utilizada es la región de terahercios THz. Situada en el espectro electromagnético entre infrarrojos y microondas, la radiación de THz tiene la frecuencia correcta alrededor de 10 ^ 12 Hz para excitar las vibraciones moleculares.Su longitud de onda larga cientos de micrómetros es alrededor de 100,000 veces un tamaño molecular típico, lo que hace imposible enfocar los haces de THz en una sola molécula mediante la óptica convencional. Solo se pueden estudiar grandes conjuntos de moléculas.
Recientemente, un equipo dirigido por el Instituto de Ciencias Industriales IIS de la Universidad de Tokio encontró una forma de evitar este problema. En un estudio en Fotónica de la naturaleza demostraron que la radiación THz puede detectar el movimiento de moléculas individuales, superando el límite clásico de difracción para enfocar los haces de luz. De hecho, el método fue lo suficientemente sensible como para medir el túnel de un solo electrón.
El equipo de IIS mostró un diseño a nanoescala conocido como transistor de una sola molécula. Dos electrodos metálicos adyacentes, la fuente y el drenaje del transistor, se colocan en una delgada oblea de silicio en forma de "corbatín". Luego, las moléculas individuales -- en este caso, C60, también conocido como fullereno, se depositan en los espacios subnanométricos entre la fuente y el drenaje. Los electrodos actúan como antenas para enfocar firmemente el haz de THz en los fullerenos aislados.
"Los fullerenos absorben la radiación THz focalizada, haciéndolos oscilar alrededor de su centro de masa", explica el primer autor del estudio, Shaoqing Du. "La oscilación molecular ultrarrápida eleva la corriente eléctrica en el transistor, además de su conductividad inherente"Aunque este cambio de corriente es minúsculo, del orden de femto-amperios fA, se puede medir con precisión con los mismos electrodos utilizados para atrapar las moléculas. De esta manera, dos picos vibratorios a alrededor de 0.5 y 1 THzfueron trazados.
De hecho, la medición es lo suficientemente sensible como para medir una ligera división de los picos de absorción, causada al sumar o restar solo un electrón. Cuando C60 oscila sobre una superficie metálica, su cuántica vibratoria vibrón puede ser absorbida por un electrón enel electrodo de metal. Así estimulado, los túneles de electrones en la molécula C60. La molécula C60 \ beta cargada negativamente resultante vibra a una frecuencia ligeramente más baja que la C60 neutra, absorbiendo así una frecuencia diferente de radiación de THz.
Además de proporcionar una idea de los túneles, el estudio demuestra un método práctico para obtener información electrónica y vibrónica sobre moléculas que solo absorben débilmente los fotones THz. Esto podría abrir el uso más amplio de la espectroscopía THz, un método subdesarrollado que es complementariopara espectroscopía de luz visible y rayos X, y altamente relevante para nanoelectrónica y computación cuántica.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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