El microscopio cuántico basado en hidrógeno visualiza cambios minuciosos en los átomos

Físicos de la Universidad de California en Irvine colocaron dos átomos de hidrógeno unidos entre una plata

Sonda de un microscopio de efecto túnel (STM)y la muestra de prueba, que consiste en una superficie plana de cobre con pequeñas islas de nitruro de cobre. Utilizando pulsos de láser que duran una billonésima de segundo a temperaturas criogénicas en el vacío ultraalto del dispositivo, los científicos pudieron excitar una molécula de hidrógeno y registrar cambios en sus estados cuánticos. Esto permitió al STM formar imágenes "fijas" de la muestra a escala atómica.

Los investigadores señalan que la molécula de hidrógenoes un ejemplo de un sistema de dos niveles. Su orientación cambia entre dos posiciones: arriba y abajo y ligeramente inclinada horizontalmente. Usando un pulso láser, los científicos obligan al sistema a pasar del estado fundamental al estado excitado, lo que conduce a una superposición de los dos estados. La duración de las oscilaciones cíclicas es extremadamente pequeña: solo unas pocas decenas de picosegundos. Al medir este "tiempo de decoherencia" y los períodos cíclicos, los científicos pudieron ver cómo la molécula de hidrógeno interactúa con su entorno.

Fuente: Universidad de California, Irvine

Espacio entre la punta STM y la muestraes de sólo 0,6 nm. El microscopio montado por los autores del trabajo detecta las corrientes eléctricas más pequeñas que fluyen en este espacio y obtiene lecturas espectroscópicas que confirman la presencia de una molécula de hidrógeno y elementos de la muestra.

“La molécula de hidrógeno se ha convertido en parte del sistema cuánticomicroscopio en el sentido de que dondequiera que escaneara el microscopio, había hidrógeno entre la aguja y la muestra, dice Wilson Ho, director del estudio. “Esta es una sonda extremadamente sensible, que nos permite ver desviaciones de hasta 0,1 angstroms. Con esta resolución, vimos cómo cambia la distribución de carga en la muestra”.

Alto detalle basado en cuánticaLa coherencia del hidrógeno, según los físicos, puede ser muy útil en la investigación científica y en el desarrollo de catalizadores, cuyo funcionamiento a menudo depende de defectos superficiales a escala de átomos individuales.

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