Op waterstof gebaseerde kwantummicroscoop visualiseert minieme veranderingen in atomen

Natuurkundigen van de Universiteit van Californië, Irvine plaatsten twee gebonden waterstofatomen tussen zilver

sonde van een scanning tunneling microscoop (STM)en het testmonster, bestaande uit een vlak koperoppervlak met kleine eilanden van kopernitride. Met behulp van laserpulsen die biljoensten van een seconde duren bij cryogene temperaturen in het ultrahoge vacuüm van het apparaat, konden wetenschappers een waterstofmolecuul exciteren en veranderingen in zijn kwantumtoestanden registreren. Hierdoor kon de STM “stilstaande” beelden van het monster op atomaire schaal vormen.

De onderzoekers merken op dat het waterstofmolecuulis een voorbeeld van een two-tier systeem. De oriëntatie verschuift tussen twee standen: op en neer en lichtjes horizontaal gekanteld. Met behulp van een laserpuls dwingen wetenschappers het systeem om van de grondtoestand naar de aangeslagen toestand te fietsen, wat leidt tot een superpositie van de twee toestanden. De duur van cyclische oscillaties is verdwijnend klein - slechts enkele tientallen picoseconden. Door deze "decoherentietijd" en cyclische perioden te meten, konden de wetenschappers zien hoe het waterstofmolecuul interageert met zijn omgeving.

Bron: Universiteit van Californië, Irvine

Ruimte tussen STM-tip en monsterbedraagt ​​slechts 0,6 nm. De microscoop die door de auteurs van het werk is samengesteld, detecteert de kleinste elektrische stromen die in deze ruimte stromen en verkrijgt spectroscopische metingen die de aanwezigheid van een waterstofmolecuul en elementen van het monster bevestigen.

“Het waterstofmolecuul is onderdeel geworden van het kwantummicroscoop in die zin dat overal waar de microscoop scande, waterstof zich tussen de naald en het monster bevond, zegt Wilson Ho, die het onderzoek leidde. "Dit is een extreem gevoelige sonde, waardoor we afwijkingen tot 0,1 angström kunnen zien. Met deze resolutie zagen we hoe de ladingsverdeling op het monster verandert.”

Hoge detail gebaseerd op kwantumDe coherentie van waterstof kan volgens natuurkundigen zeer nuttig zijn bij wetenschappelijk onderzoek en bij de ontwikkeling van katalysatoren, waarvan de werking vaak afhangt van oppervlaktedefecten op de schaal van individuele atomen.

Lees verder:

Er wordt al eeuwen op gejaagd: wat weten we over de planeet Vulcan naast de zon

Astronomen hebben een planeet in de buurt van de aarde gevonden: die heeft een heel vreemde baan

Natuurkundigen hebben ontdekt hoe ze de lekkerste chocolade ter wereld kunnen ontwerpen en printen