Il microscopio quantistico a base di idrogeno visualizza i minimi cambiamenti negli atomi

I fisici dell'Università della California, Irvine, hanno posizionato due atomi di idrogeno legati tra un argento

sonda di un microscopio a effetto tunnel (STM)e il campione in esame, costituito da una superficie piana di rame con piccole isole di nitruro di rame. Utilizzando impulsi laser della durata di trilionesimi di secondo a temperature criogeniche nel vuoto ultraelevato del dispositivo, gli scienziati sono stati in grado di eccitare una molecola di idrogeno e registrare i cambiamenti nei suoi stati quantistici. Ciò ha consentito all’STM di formare immagini “fisse” del campione su scala atomica.

I ricercatori notano che la molecola di idrogenoè un esempio di sistema a due livelli. Il suo orientamento si sposta tra due posizioni: su e giù e leggermente inclinato orizzontalmente. Usando un impulso laser, gli scienziati costringono il sistema a passare dallo stato fondamentale allo stato eccitato, il che porta a una sovrapposizione dei due stati. La durata delle oscillazioni cicliche è incredibilmente piccola, solo poche decine di picosecondi. Misurando questo "tempo di decoerenza" e periodi ciclici, gli scienziati sono stati in grado di vedere come la molecola di idrogeno interagisce con il suo ambiente.

Fonte: Università della California, Irvine

Spazio tra la punta dell'STM e il campioneè solo 0,6 nm. Il microscopio assemblato dagli autori del lavoro rileva le più piccole correnti elettriche che fluiscono in questo spazio e ottiene letture spettroscopiche che confermano la presenza di una molecola di idrogeno e di elementi del campione. 

“La molecola di idrogeno è diventata parte del quantomicroscopio, nel senso che ovunque il microscopio scansionasse, l'idrogeno si trovava tra l'ago e il campione, afferma Wilson Ho, capo dello studio. “Questa è una sonda estremamente sensibile, che ci consente di vedere deviazioni fino a 0,1 angstrom. Con questa risoluzione, abbiamo visto come cambia la distribuzione della carica sul campione”.

Elevato dettaglio basato su quantumLa coerenza dell'idrogeno, secondo i fisici, può essere molto utile nella ricerca scientifica e nello sviluppo di catalizzatori, il cui funzionamento dipende spesso da difetti superficiali sulla scala dei singoli atomi.

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