巴塞尔大学(University of Basel)的研究人员开发了一种新方法，可以精确地研究单个孤立分子，而不破坏分子，甚至不影响分子的量子态。据《科学》杂志报道，这种探测分子的高灵敏度技术具有广泛的应用前景，并为量子科学、光谱学和化学等领域的一系列新应用铺平了道路。
光谱分析是以物质和光的相互作用为基础的，是研究分子性质的最重要的实验工具。在典型的光谱实验中，一个含有大量分子的样品被直接辐射。这些分子只能吸收特定波长的光，这种波长对应于它们两个量子态之间的能量差异。这被称为光谱激发。
在这些实验过程中，分子受到扰动并改变它们的量子态。在许多情况下，分子甚至必须被破坏才能探测到光谱激发。对这些激发态的波长和强度的分析提供了分子的化学结构及其运动(如旋转或振动)的信息。
灵感来自发达的操纵原子量子方法,Stefan Willitsch教授的研究小组在巴塞尔大学的化学系已研发了一种新技术,使光谱测量单分子的水平上,在这里作为一个示例,指控氮分子。新技术不干扰分子，甚至不扰乱其量子态。
在他们的实验中，分子被困在一个射频阱中，并被冷却到接近绝对零度的温度范围内(约为摄氏零度)。-273°C)。为了实现冷却，一个辅助原子(这里是一个带电荷的单个钙原子)同时被捕获并定位在分子旁边。这种空间上的接近性对于后续的分子光谱研究也是必不可少的。
光晶格中的单个分子
随后，将两束激光聚焦在粒子上，形成一个所谓的光学晶格，从而在分子上产生一个力。这种光力的强度随着分子中受照波长接近光谱激发而增加，从而导致分子在阱内的振动而不是激发。
因此，振动的强度与光谱转变的接近程度有关，并传递到相邻的钙原子，从那里以高灵敏度检测到振动。通过这种方法，可以获得与传统光谱实验相同的分子信息。
——文章发布于2020年3月12日
