2008年11月18日
当晶体中的原子被激光撞击时，它们的电子被光激发，通常以规则的图案一起前后移动，类似于在LockStep形成中行进的纳米级士兵。但根据一个新的理论而发展约翰霍普金斯大学研究人员，在正确的条件下，这些原子将反抗均匀性。他们的电子将开始分开，然后再次在舞池上再次相似地加入。
Alexander Kaplan，电气计算机工程教授，右侧和谢尔盖Volkov，左侧Johns Hopkin大学Kaplan的实验室博士生。
此外，研究人员说，这种原子自由舞蹈是可以控制的，这为发射更少热量的微型计算机组件和探测生物危害和医疗状况的新传感器铺平了道路。
约翰·霍普金斯大学惠廷工程学院电气与计算机工程系教授亚历山大·e·卡普兰说:“通过选择具有适当配置的特定原子，并将正确的激光对准它们，我们就可以控制这些‘纳米舞者’的行为。”“最重要的是，这些是完全可设计的原子结构。”
Kaplan和Sergei N.Volkov是他实验室的博士后研究员，在最近在“物理审查信中发表的论文中”描述了这一现象。下一步是为其他研究人员进行实验室实验，以验证Kaplan和Volkov先进的理论和预测。
Kaplan是一个国际知名的非线性光学专家，他研究了如何与强烈的光线互动，他和Volkov的“Nano-Riot”的想法违背了广泛接受的概念。几十年来，Kaplan说，科学家们遵守了Lorentz-Lorenz理论，它断言，晶体中的原子电子暴露于激光束，将在任何条件下以均匀的方式在串联中来回移动。
“但我们得出的结论是，在某些情况下，最近的原子将表现得很大，”他说。“他们的电子将猛烈地分开并再次回到一起，分段出一种”纳米骚乱“。
卡普兰说，要做到这一点，必须有几个关键条件。首先，系统必须非常小，通常不超过几百个原子，而且原子必须按一维或二维结构排列。原子必须聚集在一个足够紧密的浓度;然而，有趣的是，这种排列可能允许原子之间的空间比典型晶体中存在的空间更大。此外，驱动原子的激光频率必须紧密调谐到原子电子的特定频率之一，即所谓的原子共振，就像无线电接收器可能被调谐到一个特定的电台一样。
当满足这些临界条件时，相互作用的受激原子电子就会得到强烈的“耦合”，它们的运动受到彼此的影响。原子舞伴开始匹配或对抗彼此的运动，同时仍然被激光的“音乐”驱动。
发生这种情况时，跳舞原子电子形成集体运动的波。Kaplan称这些波“Locsitons”，基于“本地”和“激子”的词语，后者指的是物理概念。在由Kaplan和Volkov设想的原子系统内，这些Locsiton波受这些结构的界限或任何不规则性的影响力强烈影响，例如孔。这些边界的存在导致尺寸相关的共振，或在某些频率下的高度激发运动，类似于固定在两个终点的小提琴串的运动。在这种情况下，字符串的终点将是原子组的边界。一个平滑的小提琴字符串主要产生主要的音调，附近的弦点齐起。但是原子阵列更紧密地类似于连接的珠子链，并且具有右激光调谐，相邻珠子或原子电子可以彼此振荡。
“幸运的是，一旦建造了这种原子结构，原子的”舞蹈风格“可以通过激光调谐来控制，”Kplan说。“此外，如果激光强度足够，我们相信该晶格中的原子将接合所谓的非线性行为。这意味着它们可以表现得像计算机中的开关。它们会像计算机的内存或逻辑组件一样，假设1或0的位置，具体取决于初始条件。“
试图生产更小的金属或半导体元件的电脑制造商，遇到了与过热相关的问题。然而，卡普兰设想的纳米级开关将是一种电介质，这意味着它将不涉及结构中的自由电子交换。正因为如此，提议的组件产生的热量要少得多。
如果他们的理论得到证实，约翰霍普金斯大学的研究人员预见了这些纳米级原子系统的其他应用。他们说，这种微小的晶格可以设计成这样，当一个特定的外来生物分子进入一个系统时，原子电子“跳舞”将停止。他们说，由于这个特性，该系统可以被设计成在检测到生物危害或癌细胞时触发警报信号。