Lần đầu tiên đo được lực van der Waals giữa từng nguyên tử

Các nhà vật lí tại Viện Khoa học Nano Thụy Sĩ và Đại học Basel vừa thành công trong việc đo lực van der Waals rất yếu giữa từng nguyên tử. Để thực hiện kì công này, họ cố định từng nguyên tử khí trơ bên trong một mạng phân tử và xác định các tương tác với một nguyên tử xenon độc thân mà họ bố trí tại đầu nhọn của một kính hiển vi lực nguyên tử. Đúng như trông đợi, các lực biến thiên theo khoảng cách giữa hai nguyên tử; nhưng, trong một số trường hợp, các lực lớn gấp vài lần so với giá trị tính trên lí thuyết. Các kết quả được công bố trên tạp chí Nature Communications.

Lực van der Waals tác dụng giữa các nguyên tử và phân tử không phân cực. Mặc dù chúng rất yếu so với các liên kết hóa học, nhưng chúng có ý nghĩa to lớn trong tự nhiên. Chúng giữ một vai trò quan trọng trong tất cả các quá trình liên quan đến sự cố kết, bám dính, ma sát hoặc ngưng tụ và, chẳng hạn, thiết yếu cho các kĩ năng leo trèo của loài tắc kè.

Lần đầu tiên đo được lực van der Waals giữa từng nguyên tử

Các nguyên tử khí hiếm kí gửi trên mạng phân tử được nghiên cứu bằng đầu dò hiển vi gắn một nguyên tử xenon. Các phép đo cung cấp thông tin về các lực van der Waals yếu giữa từng nguyên tử này. Ảnh: Đại học Basel

Các tương tác van der Waals phát sinh do sự phân bố lại tạm thời của electron trong các nguyên tử và phân tử. Điều này thỉnh thoảng mang lại sự hình thành các lưỡng cực làm cảm ứng sự phân bố lại electron ở các nguyên tử láng giềng gần. Do sự hình thành lưỡng cực, hai phân tử chịu một lực hút tương hỗ, nó được gọi là tương tác van der Waals. Hiện tượng chỉ tồn tại tạm thời nhưng được lặp lại liên tục. Từng lực hút này là lực liên kết yếu nhất tồn tại trong tự nhiên, nhưng chúng cộng gộp lại đạt tới những độ lớn mà chúng ta có thể cảm nhận rất rõ ràng ở cấp độ vĩ mô – như trong trường hợp loài tắc kè.

Cố định bên trong cốc nano

Để đo các lực van der Waals, các nhà khoa học tại Basel đã sử dụng một kính hiển vi lực nguyên tử nhiệt độ thấp với một nguyên tử xenon độc thân tại đầu nhọn. Sau đó họ cố định từng nguyên tử argon, krypton và xenon trong một mạng phân tử. Mạng này, tự tổ chức dưới các điều kiện thực nghiệm nhất định, chứa cái gọi là các cốc nano làm bằng các nguyên tử đồng trong đó các nguyên tử khí trơ được giữ tại chỗ giống như trứng chim. Chỉ với bố trí thí nghiệm này mới có thể đo các lực nhỏ xíu giữa đầu nhọn kính hiển vi và nguyên tử khí trơ, vì một bề mặt kim loại tinh khiết sẽ cho phép các nguyên tử khí trơ trượt trên đó.

So sánh với lí thuyết

Các nhà nghiên cứu đã so sánh lực đo được với giá trị đã tính và biểu diễn chúng trên đồ thị. Đúng như trông đợi từ các tính toán lí thuyết, lực đo được giảm kịch tính khi khoảng cách giữa các nguyên tử tăng lên. Trong khi có sự ăn khớp tốt giữa hình dạng đường cong đã đo và đã tính cho tất cả các khí trơ đã phân tích, thì lực tuyệt đối đo được lại lớn hơn trông đợi từ các phép tính theo mô hình chuẩn. Nhất là với xenon, lực đo được lớn hơn giá trị tính được lên tới hai lần.

Các nhà khoa học đang tiến hành phân tích trên giả định rằng, kể cả ở các khí trơ, xảy ra sự cho nhận điện tích và do đó các liên kết cộng hóa trị yếu thỉnh thoảng hình thành, nó giải thích các giá trị cao đã đo.

Tham khảo: Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms11559

Nguồn: PhysOrg.com

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Các bài khác


Các va chạm hạt bên trong LHC trông như thế nào?
20/06/2018
Nếu hai proton va chạm ở tốc độ bằng 99,9999991% tốc độ ánh sáng thì chúng có tạo ra âm thanh hay không? Máy Va chạm Hadron
Những bài học thiên văn ngắn (Phần 3)
18/06/2018
Trái Đất quay tròn xung quanh Mặt Trời theo một vòng trònMô hình nhật tâm sơ khai Là nhà thiên văn học và nhà toán học xứ
Những bài học thiên văn ngắn (Phần 2)
18/06/2018
Rõ ràng Trái Đất không chuyển độngMô hình địa tâm Là một trong những nhà triết học có sức ảnh hưởng nhất ở phương
Gia đình Stephen Hawking sẽ phát giọng nói của ông về phía một lỗ đen
17/06/2018
Người thân của Stephen Hawking dự định phát bản ghi giọng nói của ông về phía một lỗ đen, trong khi tro cốt của ông được
7 điều có thể bạn chưa biết về tia gamma
12/06/2018
Tia gamma là loại bức xạ giàu năng lượng nhất, nó có đủ năng lượng để đi xuyên rào chắn bằng kim loại hoặc bê tông.
Thí nghiệm Fermilab khẳng định bằng chứng cho neutrino vô sinh
05/06/2018
Các nhà vật lí làm việc với Thí nghiệm Mini Booster Neutrino (MiniBooNE) tại Fermilab ở Mĩ vừa công bố những kết quả mới mà
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 12)
29/05/2018
Cách hiểu Copenhagen Phần lớn nền tảng lí thuyết cho vật lí lượng tử trong thập niên 1920 được thiết lập dưới sự lãnh
Lần đầu tiên đo được áp suất nội của proton
21/05/2018
Sử dụng máy gia tốc electron tại Phòng thí nghiệm Jefferson ở Virginia, Mĩ, các nhà vật lí đã lập thành công bản đồ phân bố

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com