Kvantový mikroskop na báze vodíka vizualizuje nepatrné zmeny v atómoch

Fyzici z Kalifornskej univerzity v Irvine umiestnili medzi striebro dva viazané atómy vodíka

sonda skenovacieho tunelového mikroskopu (STM)a skúšobná vzorka pozostávajúca z plochého medeného povrchu s malými ostrovčekmi nitridu medi. Pomocou laserových impulzov trvajúcich bilióntiny sekundy pri kryogénnych teplotách v ultravysokom vákuu zariadenia vedci dokázali excitovať molekulu vodíka a zaznamenať zmeny v jej kvantových stavoch. To umožnilo STM vytvárať „nehybné“ snímky vzorky v atómovom meradle.

Vedci poznamenávajú, že molekula vodíkaje príkladom dvojúrovňového systému. Jeho orientácia sa posúva medzi dvoma polohami: hore a dole a mierne horizontálne naklonená. Pomocou laserového impulzu vedci nútia systém, aby cykloval zo základného stavu do excitovaného stavu, čo vedie k superpozícii týchto dvoch stavov. Trvanie cyklických oscilácií je mizivo malé - len niekoľko desiatok pikosekúnd. Meraním tohto „času dekoherencie“ a cyklických období vedci dokázali zistiť, ako molekula vodíka interaguje s prostredím.

Zdroj: Kalifornská univerzita, Irvine

Priestor medzi špičkou STM a vzorkouje iba 0,6 nm. Mikroskop zostavený autormi práce deteguje najmenšie elektrické prúdy tečúce v tomto priestore a získava spektroskopické údaje potvrdzujúce prítomnosť molekuly vodíka a prvkov vzorky. 

„Molekula vodíka sa stala súčasťou kvantamikroskop v tom zmysle, že kdekoľvek mikroskop skenoval, vodík bol medzi ihlou a vzorkou, hovorí Wilson Ho, vedúci štúdie. "Je to mimoriadne citlivá sonda, ktorá nám umožňuje vidieť odchýlky až do 0,1 angstromu. S týmto rozlíšením sme videli, ako sa mení rozloženie náboja na vzorke.

Vysoké detaily založené na kvanteKoherencia vodíka môže byť podľa fyzikov veľmi užitočná vo vedeckom výskume a pri vývoji katalyzátorov, ktorých fungovanie často závisí od povrchových defektov v mierke jednotlivých atómov.

Čítaj viac:

Po stáročia sa loví: čo vieme o planéte Vulcan vedľa Slnka

Astronómovia našli pri Zemi planétu: má veľmi zvláštnu obežnú dráhu

Fyzici prišli na to, ako navrhnúť a vytlačiť tú najchutnejšiu čokoládu na svete