激光改變的分子以不同的方式投射煉金術(shù)

自中世紀(jì)以來，煉金術(shù)士一直在尋求轉(zhuǎn)化元素，最著名的例子是將鉛變成黃金的長期探索。嬗變在現(xiàn)代已經(jīng)實現(xiàn)，但使用大質(zhì)量粒子加速器的規(guī)模很小。

現(xiàn)在，普林斯頓大學(xué)的理論家提出了一種不同的方法來實現(xiàn)這一古老的抱負(fù)——讓一種材料表現(xiàn)得像另一種材料。2月24日發(fā)表在《物理評論快報》(PhysicalReviewLetters)雜志上的一項計算理論表明，可以使任何兩個系統(tǒng)看起來相似，即使只是一秒的最小分?jǐn)?shù)。

自中世紀(jì)以來，煉金術(shù)士一直在尋求轉(zhuǎn)化元素，最著名的例子是將鉛變成黃金的長期探索?，F(xiàn)在，普林斯頓大學(xué)的理論家們提出了一種不同的方法來實現(xiàn)這一古老的雄心壯志——讓一種材料表現(xiàn)得像另一種材料，即使只是一秒鐘的時間。研究人員從左到右分別是化學(xué)副研究員RenanCabrera;HerschelRabitz，普林斯頓大學(xué)CharlesPhelpsSmyth'16*17化學(xué)教授;化學(xué)副研究員DenysBondar;和研究生安德烈坎波斯。(化學(xué)系C.ToddReichart攝)

在這種情況下，要使兩個物體“看起來”彼此相似，它們需要以相同的方式反射光線。普林斯頓研究人員的方法涉及使用光對物質(zhì)分子進(jìn)行非永久性改變，以便它們模仿另一種物質(zhì)分子的反射特性。這種能力可能會對光學(xué)計算產(chǎn)生影響，光學(xué)計算是一種計算，其中電子被光子取代，可以大大提高處理能力，但已被證明極難設(shè)計。它還可以應(yīng)用于分子檢測和實驗，其中昂貴的樣品可以用更便宜的替代品代替。

合著者赫歇爾·拉比茨(HerschelRabitz)實驗室的副研究學(xué)者、合著者丹尼斯·邦達(dá)爾(DenysBondar)說：“對于‘任何兩個物體都可以看起來相似’這樣的一般性陳述，我們感到非常震驚。”,普林斯頓的CharlesPhelpsSmyth'16*17化學(xué)教授。

普林斯頓大學(xué)的研究人員假設(shè)，他們可以通過控制照射在分子或任何物質(zhì)上的光來控制從分子或任何物質(zhì)反射回來的光，這將使他們能夠改變它的外觀。這種類型的操作需要強大的光源，例如超快激光，并且只能持續(xù)一飛秒或千萬億分之一秒。與普通光源不同，這種超快激光脈沖的強度足以與分子相互作用并扭曲它們的電子云，同時不會真正改變它們的身份。

“分子發(fā)出的光取決于其電子云的形狀，而電子云可以用現(xiàn)代激光雕刻，”Bondar說。使用先進(jìn)的計算理論，研究團隊開發(fā)了一種稱為“光譜動態(tài)模擬”的方法，使他們能夠計算激光脈沖形狀，包括時間和波長，以產(chǎn)生任何所需的光譜輸出。換句話說，讓任何兩個系統(tǒng)看起來都一樣。

相反，這種光譜控制也可用于使兩個系統(tǒng)看起來盡可能不同。研究人員表示，這種差異可能對分子檢測的應(yīng)用有價值，例如識別有毒化學(xué)品與安全化學(xué)品。

加州大學(xué)歐文分?；瘜W(xué)教授ShaulMukamel表示，普林斯頓的研究是在一個重要且活躍的研究領(lǐng)域向前邁出的一步，該領(lǐng)域稱為相干控制，在該領(lǐng)域可以操縱光以控制分子水平的行為。曾與Rabitz實驗室合作但未參與當(dāng)前工作的Mukamel表示，Rabitz小組幾十年來一直在該領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，推動了量子計算等技術(shù)的發(fā)展，并利用光來驅(qū)動人工化學(xué)反應(yīng)。

“這是相干控制的一個非常普遍和很好的應(yīng)用，”Mukamel說。“這表明你可以通過塑造光路，讓分子預(yù)先做你想做的事情——這可能非常重要。”