Το κβαντικό μικροσκόπιο με βάση το υδρογόνο οπτικοποιεί μικρές αλλαγές στα άτομα

Φυσικοί από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Irvine, τοποθέτησαν δύο συνδεδεμένα άτομα υδρογόνου ανάμεσα σε ένα άργυρο

ανιχνευτής μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας (STM)και το δείγμα δοκιμής, που αποτελείται από μια επίπεδη επιφάνεια χαλκού με μικρές νησίδες νιτριδίου του χαλκού. Χρησιμοποιώντας παλμούς λέιζερ διάρκειας τρισεκατομμυρίων του δευτερολέπτου σε κρυογονικές θερμοκρασίες στο εξαιρετικά υψηλό κενό της συσκευής, οι επιστήμονες μπόρεσαν να διεγείρουν ένα μόριο υδρογόνου και να καταγράψουν αλλαγές στις κβαντικές του καταστάσεις. Αυτό επέτρεψε στο STM να σχηματίσει «σταθερές» εικόνες του δείγματος σε ατομική κλίμακα.

Οι ερευνητές σημειώνουν ότι το μόριο υδρογόνουείναι ένα παράδειγμα συστήματος δύο επιπέδων. Ο προσανατολισμός του αλλάζει ανάμεσα σε δύο θέσεις: πάνω και κάτω και ελαφρά κλίση οριζόντια. Χρησιμοποιώντας έναν παλμό λέιζερ, οι επιστήμονες αναγκάζουν το σύστημα να κάνει κύκλο από τη θεμελιώδη κατάσταση στη διεγερμένη κατάσταση, κάτι που οδηγεί σε υπέρθεση των δύο καταστάσεων. Η διάρκεια των κυκλικών ταλαντώσεων είναι εξαιρετικά μικρή - μόνο μερικές δεκάδες picoseconds. Μετρώντας αυτόν τον «χρόνο αποσυνοχής» και τις κυκλικές περιόδους, οι επιστήμονες μπόρεσαν να δουν πώς το μόριο του υδρογόνου αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του.

Πηγή: University of California, Irvine

Κενό μεταξύ του άκρου STM και του δείγματοςείναι μόνο 0,6 nm. Το μικροσκόπιο που συναρμολογήθηκε από τους συγγραφείς της εργασίας ανιχνεύει τα μικρότερα ηλεκτρικά ρεύματα που ρέουν σε αυτόν τον χώρο και λαμβάνει φασματοσκοπικές μετρήσεις που επιβεβαιώνουν την παρουσία ενός μορίου υδρογόνου και στοιχείων του δείγματος. 

«Το μόριο του υδρογόνου έχει γίνει μέρος του κβαντικούμικροσκόπιο με την έννοια ότι όπου κι αν σάρωνε το μικροσκόπιο, το υδρογόνο βρισκόταν μεταξύ της βελόνας και του δείγματος, λέει ο Wilson Ho, επικεφαλής της μελέτης. «Πρόκειται για μια εξαιρετικά ευαίσθητη ανίχνευση, που μας επιτρέπει να δούμε αποκλίσεις έως και 0,1 angstroms. Με αυτήν την ανάλυση, είδαμε πώς αλλάζει η κατανομή φόρτισης στο δείγμα."

Υψηλή λεπτομέρεια βασισμένη στο κβαντικόΗ συνοχή του υδρογόνου, σύμφωνα με τους φυσικούς, μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη στην επιστημονική έρευνα και στην ανάπτυξη καταλυτών, η λειτουργία των οποίων συχνά εξαρτάται από επιφανειακά ελαττώματα στην κλίμακα μεμονωμένων ατόμων.

Διαβάστε περισσότερα:

Το κυνηγούν εδώ και αιώνες: τι γνωρίζουμε για τον πλανήτη Vulcan δίπλα στον Ήλιο

Οι αστρονόμοι βρήκαν έναν πλανήτη κοντά στη Γη: έχει μια πολύ περίεργη τροχιά

Οι φυσικοί κατάλαβαν πώς να σχεδιάσουν και να τυπώσουν την πιο νόστιμη σοκολάτα στον κόσμο