精确控制单个多原子分子有望为诸多领域带来巨大突破。然而，实现这一点的关键挑战在于如何完全控制分子的内部量子态和运动自由度。在一项最新研究中，美国哈佛大学物理学家首次成功将单个多原子分子捕获在光镊阵列内，并以超过90%的保真度直接且无损地对光镊阵列中单个分子成像。相关论文发表于新一期《自然》杂志。
将原子冷却到极低温度可以控制它们的能量状态，可催生并促进原子钟等技术发展。物理学家猜测，对分子实施同样操作可能会产生类似结果。但事实证明，由于旋转和振动等额外因素，对分子进行同样控制面临极大挑战。科学家此前已经能够控制某些只有两个原子的分子，但对拥有更多原子的分子还没有办法控制。在最新研究中，科学家找到了成功控制拥有三个原子的分子的方法。
研究人员首先将几个分子隔离在冷却至略低于0.0001开尔文的真空室内，然后用光镊阵列将它们分离，从而能对单个分子进行操控。随后，他们用另外一束激光操纵单个分子进入所需要的量子基态，从而控制其振动、旋转和核自旋。接着他们再次对分子进行成像，以了解更多关于操作结果的信息。结果显示，他们能以超过90%的保真度直接且无损地对光镊阵列内的单个分子成像。研究小组认为，最新技术可用于其他三原子分子，为多原子分子研究开辟了新途径。
