激光改变的分子以不同的方式投射炼金术

自中世纪以来，炼金术士一直在寻求转化元素，最著名的例子是将铅变成黄金的长期探索。嬗变在现代已经实现，但使用大质量粒子加速器的规模很小。

现在，普林斯顿大学的理论家提出了一种不同的方法来实现这一古老的抱负——让一种材料表现得像另一种材料。2月24日发表在《物理评论快报》(PhysicalReviewLetters)杂志上的一项计算理论表明，可以使任何两个系统看起来相似，即使只是一秒的最小分数。

自中世纪以来，炼金术士一直在寻求转化元素，最著名的例子是将铅变成黄金的长期探索。现在，普林斯顿大学的理论家们提出了一种不同的方法来实现这一古老的雄心壮志——让一种材料表现得像另一种材料，即使只是一秒钟的时间。研究人员从左到右分别是化学副研究员RenanCabrera;HerschelRabitz，普林斯顿大学CharlesPhelpsSmyth'16*17化学教授;化学副研究员DenysBondar;和研究生安德烈坎波斯。(化学系C.ToddReichart摄)

在这种情况下，要使两个物体“看起来”彼此相似，它们需要以相同的方式反射光线。普林斯顿研究人员的方法涉及使用光对物质分子进行非永久性改变，以便它们模仿另一种物质分子的反射特性。这种能力可能会对光学计算产生影响，光学计算是一种计算，其中电子被光子取代，可以大大提高处理能力，但已被证明极难设计。它还可以应用于分子检测和实验，其中昂贵的样品可以用更便宜的替代品代替。

合著者赫歇尔·拉比茨(HerschelRabitz)实验室的副研究学者、合著者丹尼斯·邦达尔(DenysBondar)说：“对于‘任何两个物体都可以看起来相似’这样的一般性陈述，我们感到非常震惊。”,普林斯顿的CharlesPhelpsSmyth'16*17化学教授。

普林斯顿大学的研究人员假设，他们可以通过控制照射在分子或任何物质上的光来控制从分子或任何物质反射回来的光，这将使他们能够改变它的外观。这种类型的操作需要强大的光源，例如超快激光，并且只能持续一飞秒或千万亿分之一秒。与普通光源不同，这种超快激光脉冲的强度足以与分子相互作用并扭曲它们的电子云，同时不会真正改变它们的身份。

“分子发出的光取决于其电子云的形状，而电子云可以用现代激光雕刻，”Bondar说。使用先进的计算理论，研究团队开发了一种称为“光谱动态模拟”的方法，使他们能够计算激光脉冲形状，包括时间和波长，以产生任何所需的光谱输出。换句话说，让任何两个系统看起来都一样。

相反，这种光谱控制也可用于使两个系统看起来尽可能不同。研究人员表示，这种差异可能对分子检测的应用有价值，例如识别有毒化学品与安全化学品。

加州大学欧文分校化学教授ShaulMukamel表示，普林斯顿的研究是在一个重要且活跃的研究领域向前迈出的一步，该领域称为相干控制，在该领域可以操纵光以控制分子水平的行为。曾与Rabitz实验室合作但未参与当前工作的Mukamel表示，Rabitz小组几十年来一直在该领域发挥着重要作用，推动了量子计算等技术的发展，并利用光来驱动人工化学反应。

“这是相干控制的一个非常普遍和很好的应用，”Mukamel说。“这表明你可以通过塑造光路，让分子预先做你想做的事情——这可能非常重要。”