Kvantový mikroskop na bázi vodíku vizualizuje nepatrné změny v atomech

Fyzici z Kalifornské univerzity v Irvine umístili dva vázané atomy vodíku mezi stříbro

sonda skenovacího tunelového mikroskopu (STM)a zkušební vzorek sestávající z plochého měděného povrchu s malými ostrůvky nitridu mědi. Pomocí laserových pulzů trvajících biliontiny sekundy při kryogenních teplotách v ultra vysokém vakuu zařízení byli vědci schopni excitovat molekulu vodíku a zaznamenat změny v jejích kvantových stavech. To umožnilo STM vytvořit „nehybné“ snímky vzorku v atomárním měřítku.

Vědci poznamenávají, že molekula vodíkuje příkladem dvouvrstvého systému. Jeho orientace se posouvá mezi dvěma polohami: nahoru a dolů a mírně nakloněna vodorovně. Pomocí laserového pulsu vědci nutí systém, aby cykloval ze základního stavu do excitovaného stavu, což vede k superpozici těchto dvou stavů. Doba trvání cyklických oscilací je mizivě malá - jen několik desítek pikosekund. Měřením této "doby dekoherence" a cyklických period byli vědci schopni vidět, jak molekula vodíku interaguje se svým prostředím.

Zdroj: Kalifornská univerzita, Irvine

Prostor mezi špičkou STM a vzorkemje pouze 0,6 nm. Mikroskop sestavený autory práce detekuje nejmenší elektrické proudy protékající tímto prostorem a získává spektroskopické údaje potvrzující přítomnost molekuly vodíku a prvků vzorku. 

„Molekula vodíku se stala součástí kvantamikroskop v tom smyslu, že kdekoli mikroskop skenoval, vodík byl mezi jehlou a vzorkem, říká Wilson Ho, vedoucí studie. "Je to extrémně citlivá sonda, která nám umožňuje vidět odchylky až do 0,1 angstromu." S tímto rozlišením jsme viděli, jak se mění rozložení náboje na vzorku.“

Vysoké detaily založené na kvantechKoherence vodíku může být podle fyziků velmi užitečná ve vědeckém výzkumu a při vývoji katalyzátorů, jejichž fungování často závisí na povrchových defektech v měřítku jednotlivých atomů.

Přečtěte si více:

Loví se po staletí: co víme o planetě Vulcan vedle Slunce

Astronomové našli poblíž Země planetu: má velmi zvláštní oběžnou dráhu

Fyzici přišli na to, jak navrhnout a vytisknout tu nejchutnější čokoládu na světě