Экспериментаторам Института квантовой оптики Макса Планка и физикам-теоретикам Китайской академии наук впервые удалось создать супермолекулы, которые способы существовать только в ультрахолодных условиях — при температуре, равной 134 нанокельвинам выше абсолютного нуля. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature.
Многоатомные молекулы состоят из двух молекул натрия и калия (NaK), которые слабо связаны друг с другом с помощью электрических полей. Для их получения ученым пришлось опустить температуру в три тысячи раз ниже, чем в предыдущих экспериментах по получению четырехатомных супермолекул. В свободном состоянии тетраатомы чрезвычайно хрупкие и существует всего восемь миллисекунд.
Супермолекулы, или супрамолекулярные комплексы, представляют собой структуры из дипольных молекул, объединяющихся в электрическом поле, и предсказаны около двух десятилетий назад физиком-теоретиком Джоном Боном. Поведение этих молекул подобно стрелкам компасов, которые при достаточно близости друг к другу, начинают взаимодействовать между собой. Эта связь гораздо слабее, чем типичные химические связи, однако распространяется на гораздо большее расстояние, из-за чего размеры супрамолекулярных комплексов гораздо больше, чем обычные молекулы.
Если параметры электрического поля достигают некоторого критического значения, то лишь небольшое изменение в его силе может привести к явлению, называемому полевым резонансом. В результате взаимодействие между молекулами резко изменяется, что позволяет ученым изменять форму и размер супермолекул.
Показано, что супермолекулы (NaK)2 имеют p-волновую симметрию — уникальную особенность, связанную с формой волновой функции для сверхпроводников. Она играет решающую роль в реализации топологических квантовых материалов, что, в свою очередь, может иметь отношение к отказоустойчивым квантовым вычислениям.
