Losse elektronen nu zichtbaar met licht

Natuurkundigen zijn al geruime tijd in staat om losse elektronen te manipuleren. Maar ze kunnen die alleen zien als onderdeel van een elektrische stroom met duizenden elektronen. Als je een elektron optisch kunt detecteren via één enkel molecuul, kun je een individueel elektron waarnemen dat daadwerkelijk op zichzelf staat.

De onderzoekers, waaronder hoofdauteurs Zoran Ristanović en Amin Moradi, hebben nu ontdekt dat het fluorescerende molecuul dibenzoterrylene (DBT) twee belangrijke eigenschappen bezit voor de detectie van losse ladingen-mits het onderdeel is van een moleculair kristal van 2,3-dibromonaphthalene. Ten eerste zijn DBT-moleculen fluorescerend, waarbij ze een smal spectrum uitzenden van zichtbaar licht dat lange tijd stabiel blijft. Ten tweede verschuiven die smalle spectraallijnen significant in aanwezigheid van een elektrisch veld. Dat verraadt een lading in de buurt, omdat ladingen zo’n elektrisch veld genereren.

Orrit en zijn collega’s laten zien dat ze met een DBT-molecuul gemakkelijk elektrische velden kunnen detecteren in de orde van 1 kV/cm. Dat is meer dan genoeg gevoeligheid voor de detectie van een enkel elektron op 100 nm afstand, wiens elektrische veld daar ongeveer 1,5 kV/cm is. Met meerdere moleculen die net zo reageren op een elektrisch veld zouden de onderzoekers zelfs triangulatie kunnen toepassen om de locatie van het elektron te bepalen, vergelijkbaar met GPS. De volgende stap bestaat nu uit het daadwerkelijk detecteren van een echt elektron. Daartoe bouwt het onderzoeksteam momenteel aan een single-electron device waarmee ze losse elektronen willen invangen.

Matrix-induced Linear Stark Effect of Single Dibenzoterrylene Molecules in 2,3-Dibromonaphthalene Crystal’, ChemPhysChem