理論上我們可以只用單個原子形成化學鍵
你能只用一個原子而不是一般的兩個原子產生化學鍵嗎？這聽起來好像違反了科學規律——就像一個巴掌拍出得啪啪響——但是科學家們覺得他們可能已經找到了一種方法。
該方法基於所謂的里德伯原子(Rydberg atom)——價電子被激發到高激發態能級結構由里德伯能級公式描述的原子；俗稱巨原子或胖原子。這些原子通常可以形成特殊類型的雙原子鍵，即所謂的三葉蟲分子；由於處於高能級，所以價電子距離原子核很遠。
新的研究表明，大半徑的電子軌道是形成大三葉蟲分子的關鍵，也可以使里德伯型氫原子與空間中的一個點「結合」在一起。
M. Eiles/Purdue University
用抽象的文字描述起來十分簡單，但這一發現可以開闢出改變許多化學反應的新技術。
印第安納州普渡大學的Matthew Eiles研究員告訴《新科學家》的Andy Coghlan說：「我們預測它可以存在數百微秒，在寒冷的環境中甚至可以保持更長時間。」
Eiles和他的團隊將新的化學鍵描述為「幽靈紐帶」——這個孤獨的高能電子基本上被我們連哄帶騙地固定到假裝另一個原子存在時應該互相結合的位置。通過對原子交替發射電脈衝和磁脈衝序列來完成，使電子與核保持幾十納米的距離。
但就目前而言，這還是只一個假說：研究人員實際上並沒有在現實中製造出幽靈紐帶，但是他們構建的數學模型和計算機模擬結果表明，在實驗室中，它是可以實現的。
「我認為它實際上可以完成，」蘇黎世瑞士聯邦理工學院的Johannes Wilhelm Deiglmayr告訴《新科學家》雜誌，「那真的會很有趣。」
Deiglmayr是該團隊的一員，這支隊伍在幾年前首次開發出超長的里德堡原子。這些特殊的原子，尺度達到微米(大約是正常值的一千倍)，在此基礎上，才使得幽靈化學鍵成為可能。
研究人員認為，通過精密操縱里德伯原子，得到其他「更奇特的」幽靈狀態也是有可能的。它甚至可以用於量子力學領域，例如量子門的創建——構成基本的量子電路。
任何在基本粒子水平上起作用改變化學反應的東西——從使用光子來創造和破壞化學鍵，到用單個原子創造化學鍵——都有可能開闢出一系列新的研究方向。
就這一假說而言，我們可能很快就能在實驗室中看到單個原子的化學鍵。因為科學家下一步要做的就是弄清楚如何實現它。
「作為純良的理論學者，我們將把這個挑戰留給專家，實驗主義者們加油。」Eiles告訴《新科學家》。
該研究發表在Physical Review Letters上。
本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。
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