Difração de grandes moléculas


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Nosso experimento de difração de moléculas é capaz de demonstrar a natureza quântica ondulatória de moléculas massivas e complexas. Os componentes principais neste experimento são a fonte, o elemento difratório e o detector.

A fonte

Nós precisamos primeiramente lançar moléculas individuais em uma câmara de vácuo, que faremos através da evaporação a laser. Para este propósito, nós focamos o feixe do laser ( “cintura” de 1,5 µm) em uma placa de vidro revestida com moléculas na faixa de massa de 500 a 600 unidades de massa atômica, como por exemplo moléculas de ftalocianina. A evaporação das moléculas aquecidas terão velocidades entre 100 m/s e 200 m/s. Como qualquer fonte térmica, as moléculas são emitidas em todas as direções. Para nossos experimentos de difração, usaremos duas fendas colimadoras para selecionar um pequeno feixe molecular dentro de um ângulo aceitável de aproximadamente 10 µrad. Este ângulo precisa ser menor que o ângulo de difração quântico na respectiva rede de difração.

O elemento de difração

Para verificar a natureza quântica da deslocalização de cada molécula, nós montamos uma fina membrana com duas (experimento de dupla fenda) ou muitas fendas (grade de difração). Assim que houver ao menos duas possibilidades indistinguíveis para uma partícula voar no mesmo ponto do detector, nós esperamos ver um padrão de interferência na tela.

Nossa grade de difração foi cortada em uma membrana de nitreto de silício de 10 nm de espessura. O grupo do Professor Ori Cheshnovsky da Universidade de Tel Aviv usa um laser de íon focalizado para cortar fendas com 50 nm de comprimento em um período de 100 nm.

O detector

No final da câmara de vácuo, as moléculas chocam-se com uma placa de quartzo, onde são imobilizadas. Um feixe de laser vermelho excita as moléculas, que passam a fluorescer. Esse sinal de fluorescência é registrado por uma câmera CCD em um microscópio. Como as moléculas são muito menores que o comprimento de onda da luz, duas partículas próximas não podem portanto ser diferenciadas oticamente. Se, entretanto, elas são separadas por mais de 500 nm ou se elas chegam em tempos diferentes, nós podemos determinar sua posição com uma resolução melhor que 10 nm (sim, 10 nm!), uma vez que o centro da função pode ser melhor determinada do que seu comprimento – mas somente se a razão sinal-ruído for suficientemente grande.

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Desafio experimental: Visão geral

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