Microscópio quântico baseado em hidrogênio visualiza mudanças minúsculas nos átomos

Físicos da Universidade da Califórnia, Irvine, colocaram dois átomos de hidrogênio ligados entre uma prata

sonda de um microscópio de tunelamento de varredura (STM)e a amostra de teste, constituída por uma superfície plana de cobre com pequenas ilhas de nitreto de cobre. Usando pulsos de laser que duram trilionésimos de segundo em temperaturas criogênicas no ultra-alto vácuo do dispositivo, os cientistas conseguiram excitar uma molécula de hidrogênio e registrar mudanças em seus estados quânticos. Isso permitiu que o STM formasse imagens “fixas” da amostra em escala atômica.

Os pesquisadores observam que a molécula de hidrogênioé um exemplo de um sistema de duas camadas. Sua orientação muda entre duas posições: para cima e para baixo e levemente inclinada horizontalmente. Usando um pulso de laser, os cientistas forçam o sistema a passar do estado fundamental para o estado excitado, o que leva a uma superposição dos dois estados. A duração das oscilações cíclicas é muito pequena - apenas algumas dezenas de picossegundos. Ao medir esse "tempo de decoerência" e períodos cíclicos, os cientistas puderam ver como a molécula de hidrogênio interage com seu ambiente.

Fonte: Universidade da Califórnia, Irvine

Espaço entre a ponta STM e a amostraé de apenas 0,6 nm. O microscópio montado pelos autores do trabalho detecta as menores correntes elétricas fluindo nesse espaço e obtém leituras espectroscópicas que confirmam a presença de uma molécula de hidrogênio e de elementos da amostra.

“A molécula de hidrogênio tornou-se parte domicroscópio no sentido de que onde quer que o microscópio escaneou, o hidrogênio estava entre a agulha e a amostra, diz Wilson Ho, que liderou o estudo. “Esta é uma sonda extremamente sensível, permitindo-nos ver desvios de até 0,1 angstroms. Com esta resolução, vimos como a distribuição de carga na amostra muda.”

Alto detalhe baseado em quantumA coerência do hidrogênio, segundo os físicos, pode ser muito útil na pesquisa científica e no desenvolvimento de catalisadores, cujo funcionamento muitas vezes depende de defeitos superficiais na escala de átomos individuais.

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