수소 기반 양자 현미경은 원자의 미세한 변화를 시각화합니다.

캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스의 물리학자들은 은과 탄소 사이에 두 개의 결합된 수소 원자를 배치했습니다.

주사형 터널링 현미경(STM)의 탐침그리고 질화구리의 작은 섬이 있는 평평한 구리 표면으로 구성된 테스트 샘플. 과학자들은 초고진공 장치의 극저온에서 1조분의 1초 동안 지속되는 레이저 펄스를 사용하여 수소 분자를 여기시키고 양자 상태의 변화를 기록할 수 있었습니다. 이를 통해 STM은 원자 규모에서 샘플의 "정지" 이미지를 형성할 수 있었습니다.

연구자들은 수소 분자가는 2계층 시스템의 예입니다. 방향은 두 위치 사이에서 이동합니다: 위아래 및 약간 수평으로 기울어짐. 과학자들은 레이저 펄스를 사용하여 시스템이 바닥 상태에서 여기 상태로 순환하도록 하여 두 상태가 중첩되도록 합니다. 주기적인 진동의 지속 시간은 수십 피코초에 불과할 정도로 매우 작습니다. 과학자들은 이 "결합성 시간(decoherence time)"과 주기적인 주기를 측정함으로써 수소 분자가 주변 환경과 어떻게 상호작용하는지 확인할 수 있었습니다.

출처: 캘리포니아 대학교, 어바인

STM 팁과 샘플 사이의 공간0.6nm에 불과합니다. 작품의 저자가 조립한 현미경은 이 공간에 흐르는 가장 작은 전류를 감지하고 분광 판독값을 얻어 수소 분자와 샘플 요소의 존재를 확인합니다. 

"수소 분자는 양자의 일부가 되었습니다.현미경이 스캔되는 곳마다 수소가 바늘과 샘플 사이에 있다는 의미에서 연구 책임자인 Wilson Ho가 말했습니다. “이것은 극도로 민감한 프로브로 0.1 옹스트롬까지의 편차를 볼 수 있습니다. 이 해상도를 통해 샘플의 전하 분포가 어떻게 변하는지 확인했습니다."

양자 기반의 높은 디테일물리학자들에 따르면 수소의 응집성은 과학 연구와 촉매 개발에 매우 ​​유용할 수 있으며, 촉매의 기능은 종종 개별 원자 규모의 표면 결함에 의존합니다.

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