Vandenilio pagrindu sukurtas kvantinis mikroskopas vizualizuoja nedidelius atomų pokyčius

Kalifornijos universiteto Irvine fizikai įdėjo du sujungtus vandenilio atomus tarp sidabro

skenuojančio tunelinio mikroskopo (STM) zondasir bandinį, sudarytą iš plokščio vario paviršiaus su mažomis vario nitrido salelėmis. Naudodami lazerio impulsus, trunkančius trilijonus sekundės kriogeninėje temperatūroje itin aukštame prietaiso vakuume, mokslininkai sugebėjo sužadinti vandenilio molekulę ir užfiksuoti jos kvantinių būsenų pokyčius. Tai leido STM suformuoti „nejudančius“ mėginio vaizdus atominėje skalėje.

Tyrėjai pažymi, kad vandenilio molekulėyra dviejų pakopų sistemos pavyzdys. Jo orientacija keičiasi tarp dviejų padėčių: aukštyn ir žemyn bei šiek tiek pakreipta horizontaliai. Naudodami lazerio impulsą, mokslininkai priverčia sistemą pereiti nuo pagrindinės būsenos į sužadinimo būseną, o tai lemia dviejų būsenų superpoziciją. Ciklinių svyravimų trukmė nykstamai maža – vos kelios dešimtys pikosekundžių. Išmatavę šį „dekoherencijos laiką“ ir ciklinius periodus, mokslininkai galėjo pamatyti, kaip vandenilio molekulė sąveikauja su aplinka.

Šaltinis: Kalifornijos universitetas, Irvine

Tarpas tarp STM antgalio ir mėginioyra tik 0,6 nm. Darbo autorių surinktas mikroskopas aptinka mažiausias šioje erdvėje tekančias elektros sroves ir gauna spektroskopinius rodmenis, patvirtinančius vandenilio molekulės ir mėginio elementų buvimą. 

„Vandenilio molekulė tapo kvanto dalimimikroskopu ta prasme, kad visur, kur buvo nuskaitytas mikroskopas, vandenilis buvo tarp adatos ir mėginio, sako Wilsonas Ho, tyrimo vadovas. „Tai itin jautrus zondas, leidžiantis matyti nukrypimus iki 0,1 angstremo. Su šia rezoliucija matėme, kaip keičiasi imties įkrovimo pasiskirstymas.

Didelės detalės, paremtos kvantuVandenilio koherentiškumas, anot fizikų, gali būti labai naudingas atliekant mokslinius tyrimus ir kuriant katalizatorius, kurių veikimas dažnai priklauso nuo paviršiaus defektų atskirų atomų mastelyje.

Skaityti daugiau:

Jis buvo medžiojamas šimtmečius: ką mes žinome apie Vulkano planetą šalia Saulės

Astronomai netoli Žemės rado planetą: jos orbita labai keista

Fizikai sugalvojo, kaip sukurti ir atspausdinti skaniausią šokoladą pasaulyje