論文の概要: Emulating isomerization with two-dimensional Coulomb crystals
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.05902v1
- Date: Thu, 07 Aug 2025 23:39:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-11 20:39:06.030516
- Title: Emulating isomerization with two-dimensional Coulomb crystals
- Title(参考訳): 2次元クーロン結晶による異性化のエミュレート
- Authors: Naoto Mizukami, Gabriele Gatta, Lucia Duca, Carlo Sias,
- Abstract要約: 2次元クーロン結晶が分子異性化をエミュレートできることを実証した。
我々は6つの138Ba+イオンの平面結晶を用い、高調波トラップ電位のアスペクト比に応じて2つの安定な配置を示す。
両異性体間の不安定性領域を同定し, コンフィグレーション分解画像を用いて異性化をリアルタイムで検出する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Isomerization, i.e. the rearrangement between distinct molecular configurations, is a fundamental process in chemistry. Here we demonstrate that two-dimensional Coulomb crystals can emulate molecular isomerization and be used to characterize its physical mechanisms. In our molecular analogue, the confining potential acts as an electronic orbital, which can be tuned continuously and dynamically. We use a planar crystal of six 138Ba+ ions, which exhibits two stable configurations depending on the aspect ratio of the harmonic trapping potential. By changing this aspect ratio, we directly modify the potential energy surface (PES) of the ion crystal, and trigger isomerization in a controlled way. We identify a region of bistability between the two isomers, and use configuration-resolved imaging to detect isomerization in real time. A Monte Carlo simulation is used to calculate the double well PES. By comparing simulated transition rates with experimental population ratios, we estimate the crystal's temperature. Additionally, we prepare metastable configurations by rapidly quenching the PES, and detect isomerization dynamics with sub-millisecond resolution. Our work establishes a new platform for emulating molecular processes, paving the way for studying quantum superpositions of crystal configurations, and for controlling isomeric excitations in two-dimensional Coulomb crystals.
- Abstract(参考訳): 異性化(異性化、英: isomerization)とは、化学における基本的な過程である。
ここでは、2次元クーロン結晶が分子異性化をエミュレートし、その物理機構を特徴付けることができることを示す。
我々の分子アナログでは、凝縮ポテンシャルは電子軌道として働き、連続的に動的に調整することができる。
我々は6つの138Ba+イオンの平面結晶を用い、高調波トラップ電位のアスペクト比に応じて2つの安定な配置を示す。
このアスペクト比を変化させることで、イオン結晶のポテンシャルエネルギー表面(PES)を直接修正し、制御された方法で異性化を誘導する。
両異性体間の不安定性領域を同定し, コンフィグレーション分解画像を用いて異性化をリアルタイムで検出する。
モンテカルロシミュレーションは二重井戸PSSを計算するために用いられる。
シミュレーションされた遷移速度と実験的な人口比を比較することで、結晶の温度を推定する。
さらに,PESを急速焼成することで準安定な構成を作成し,ミリ秒以下の分解能で異性化ダイナミクスを検出する。
我々の研究は、分子過程をエミュレートし、結晶構成の量子重ね合わせを研究し、2次元クーロン結晶における異性体励起を制御するための新しいプラットフォームを確立する。
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