水素ベースの量子顕微鏡は、原子の微細な変化を視覚化します

カリフォルニア大学アーバイン校の物理学者は、結合した2つの水素原子を銀の間に配置した。

走査型トンネル顕微鏡 (STM) のプローブテストサンプルは、窒化銅の小さな島を備えた平らな銅表面で構成されています。超高真空の極低温で1兆分の1秒持続するレーザーパルスを使用することで、科学者たちは水素分子を励起し、その量子状態の変化を記録することができた。これにより、STM は原子スケールでサンプルの「静止」画像を形成できるようになりました。

研究者たちは、水素分子に注目しています2層システムの例です。その向きは、上下とわずかに水平に傾いた2つの位置の間でシフトします。科学者はレーザーパルスを使用して、システムを基底状態から励起状態に循環させます。これにより、2つの状態が重ね合わされます。周期的な振動の持続時間は、わずか数十ピコ秒と非常に短いです。この「デコヒーレンス時間」と周期を測定することにより、科学者は水素分子がその環境とどのように相互作用するかを見ることができました。

出典:カリフォルニア大学アーバイン校

STM チップとサンプル間のスペースわずか0.6nmです。この作品の著者が組み立てた顕微鏡は、この空間を流れる最小の電流を検出し、水素分子とサンプルの元素の存在を確認する分光測定値を取得します。

「水素分子は量子の一部になりました顕微鏡がスキャンするところはどこでも、水素が針とサンプルの間にあるという意味での顕微鏡、と研究の責任者であるウィルソン・ホーは言います。 「これは非常に感度の高いプローブであり、0.1オングストロームまでの偏差を確認できます。この解像度で、サンプルの電荷分布がどのように変化するかを確認しました。」

クォンタムに基づくハイディテール物理学者によると、水素のコヒーレンスは、科学研究や触媒の開発に非常に役立つ可能性があり、その機能は多くの場合、個々の原子のスケールの表面欠陥に依存します。

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