Az atomok között ható kémiai kötések, amelyek eredményeként molekulák jönnek létre, általában kovalens vagy ionos kötések, most azonban felfedeztek egy olyan különleges kötési típust és az ezzel létrejövő szokatlan molekulát, amit eddig még nem sikerült megfigyelni, többek között azért sem, mert a keletkezéséhez szükséges körülmények sem hétköznapiak.

A Stuttgart Egyetem kutatói által megfigyelt kötés egy Rydberg atom és egy ion között alakult ki, ami igen furcsa párosításnak számít, a kutatók leírása szerint ez olyan, mintha Dávid és Góliát állna párba, mivel a Rydberg atom a szokásos méretű atomoknál körülbelül ezerszer nagyobb. Ez a "felfúvódott" állapot, ami az atom rendkívüli méretét adja, az elektronok gerjesztésének következménye: a folyamat során a külső héjon elhelyezkedő elektron egészen távolra kerül az atommagtól, de közben nem szakad el tőle, továbbra is egy egységet alkotnak. A Rydberg állapot generálását általában ultrahideg hőmérsékleten oldják meg - ilyen körülmények között az atomot lézerekkel gerjesztve lehet kialakítani az atomot, ami a normál társainál nagyobb erővel lép interakcióba és tőlük eltérően viselkedik mágneses mezőben.

A Rydberg atomok nagy mérete egészen újfajta rendszereket hozhat létre, mikor más atomokkal alakítanak ki kapcsolatot - ezeket a különleges gigantikus molekulákat és a bennük rejlő kötési módokat régóta tanulmányozzák az ultrahideg fizikai jelenségekkel foglalkozó kutatások során. A Stuttgart Egyetem fizikusai a Rydberg atom és ionok közötti kötések vizsgálata során első ízben figyelték meg a kialakuló ionizált molekulát. Az új molekula létrehozásához a kutatók -273°Celsius-fokra hűtötték rubídium atomok felhőjét, majd megformálták a leendő molekula összetevőit: először lézerrel ionizáltak atomokat, majd ugyanígy, lézer segítségével, gerjesztett állapotba hoztak más atomokat, amelyekből kialakultak a Rydberg atomok.

Egy ion és egy Rydberg atom sajátos hatással bír egymásra:

az ion deformálja a hatalmasra nőtt társát az elektromos terének köszönhetően, így ez utóbbi két pólusú (dipólus) állapotba kerül. Ez azt jelenti, hogy az atom az egyik oldalán valamivel pozitívabb, másik oldalán negatívabb töltésű, méghozzá ez a töltés az iontól való távolságával változik. Az ionnal csak akkor tud kötést kialakítani, ha megfelelő messzeségben vannak egymástól, mivel ekkor már nem taszítják, hanem vonzzák a párt a különböző töltések. A molekula létrejöttéhez szükséges távolság pedig jelentős: több mikrométernyi, vagyis nagyjából az emberi haj vastagságának tizede, ami jóval meghaladja (akár ezerszeresen) az átlagos kötések hosszát.

A molekula megfigyeléséhez speciális mikroszkópot használtak a kutatók, ami elektromos mező segítségével tereli a molekulákat a detektorba, ezt az eszközt a későbbiekben más különleges jelenségek, például a Bose-Einstein kondenzátum vizsgálatához is felhasználják majd. A Rydberg atom-ion molekula az összetevők közötti nagy távolság és az ultrahideg állapota miatt lassabban oszcillál, mint a molekulák általában, ezért a vizsgálatuk csak ezzel az egyedi kialakítású műszerrel valósítható meg.

Az ezután következő kísérletek, amelyek során további méréseket végeznek a molekulák belső szerkezetével és dinamikájával kapcsolatosan, pedig új utakat nyithatnak meg a molekuláris folyamatokban megfigyelhető tér-, és időbeli hatásokat illetően a Born-Oppenheimer-i fizikán túl - írják a kutatók a tanulmányban.

(Fotó: Getty Images/antishock, PI 5, Nicolas Zuber, Wikimedia Commons/Berndthaller)

Magyarok találtak új módszert molekulák előállítására Az új, gyógyszerkutatásban is alkalmazható fluortartalmú molekulák előállítására kidolgozott eljárás szerves kémiai módszerét már használták a Parkinson-kór kezelésére alkalmazott hatóanyag módosításához is. Az ötletes, egyben nagy precizitást igénylő kémiai építkezésről a Nature Communications is beszámolt.