Kvantni mikroskop na bazi vodika vizualizira sitne promjene u atomima

Fizičari sa kalifornijskog sveučilišta Irvine smjestili su dva povezana atoma vodika između srebra

sonda skenirajućeg tunelskog mikroskopa (STM)i ispitni uzorak, koji se sastoji od ravne površine bakra s malim otocima bakrenog nitrida. Koristeći laserske impulse koji su trajali bilijuntinke sekunde na kriogenim temperaturama u ultravisokom vakuumu uređaja, znanstvenici su uspjeli pobuditi molekulu vodika i zabilježiti promjene u njezinim kvantnim stanjima. To je omogućilo STM-u da formira "mirne" slike uzorka na atomskoj razini.

Istraživači primjećuju da je molekula vodikaje primjer dvoslojnog sustava. Njegova se orijentacija pomiče između dva položaja: gore i dolje i lagano nagnuta vodoravno. Koristeći laserski puls, znanstvenici prisiljavaju sustav da se kreće iz osnovnog stanja u pobuđeno stanje, što dovodi do superpozicije dvaju stanja. Trajanje cikličkih oscilacija je iščezavajuće malo - samo nekoliko desetaka pikosekundi. Mjereći ovo "vrijeme dekoherencije" i ciklička razdoblja, znanstvenici su mogli vidjeti kako molekula vodika stupa u interakciju s okolinom.

Izvor: University of California, Irvine

Razmak između STM vrha i uzorkaiznosi samo 0,6 nm. Mikroskop koji su sastavili autori rada detektira najmanje električne struje koje teku u tom prostoru i dobiva spektroskopska očitanja koja potvrđuju prisutnost molekule vodika i elemenata uzorka. 

“Molekula vodika postala je dio kvantamikroskop u smislu da gdje god je mikroskop skenirao, vodik je bio između igle i uzorka, kaže Wilson Ho, voditelj studije. “Ovo je iznimno osjetljiva sonda, koja nam omogućuje da vidimo odstupanja do 0,1 angstroma. S ovom rezolucijom vidjeli smo kako se distribucija naboja na uzorku mijenja.”

Visoki detalji temeljeni na kvantuKoherencija vodika, prema fizičarima, može biti vrlo korisna u znanstvenim istraživanjima i razvoju katalizatora čije funkcioniranje često ovisi o površinskim defektima na skali pojedinih atoma.

Čitaj više:

Lovi se stoljećima: što znamo o planetu Vulkan pored Sunca

Astronomi su pronašli planet blizu Zemlje: ima vrlo čudnu orbitu

Fizičari su smislili kako dizajnirati i tiskati najukusniju čokoladu na svijetu