Vätebaserat kvantmikroskop visualiserar små förändringar i atomer

Fysiker vid University of California, Irvine, har placerat två bundna väteatomer mellan silver

En sond för sveptunnelmikroskop (STM) och ett testprov bestående av en plan kopparyta med små öar av kopparnitrid.Med hjälp av laserpulser som varar biljondelar av en sekund vid kryogena temperaturer i enhetens ultrahöga vakuum kunde forskarna excitera en vätemolekyl och registrera förändringar i dess kvanttillstånd.Detta gjorde det möjligt för STM att skapa "stillbilder" av provet på atomär skala.

Forskarna noterar att vätemolekylenär ett exempel på ett tvåskiktssystem. Dess orientering skiftar mellan två positioner: upp och ner och något lutad horisontellt. Med hjälp av en laserpuls tvingar forskare systemet att cykla från grundtillståndet till det exciterade tillståndet, vilket leder till en överlagring av de två tillstånden. Varaktigheten av cykliska svängningar är försvinnande liten - bara några tiotals pikosekunder. Genom att mäta denna "dekoherenstid" och cykliska perioder kunde forskarna se hur vätemolekylen interagerar med sin miljö.

Källa: University of California, Irvine

Avståndet mellan STM-sonden och provet är endast 0,6 nm.Mikroskopet som sammanställts av författarna till arbetet detekterar de minsta elektriska strömmarna som flyter i detta utrymme, erhållerSpektroskopiska avläsningar som bekräftar närvaron av vätemolekylen och elementen i provet. 

"Vätemolekylen har blivit en del av kvantumetmikroskop i den meningen att varhelst mikroskopet skannade fanns väte mellan nålen och provet, säger Wilson Ho, som ledde studien. "Det här är en extremt känslig sond som gör att vi kan se avvikelser ner till 0,1 ångström. Med den här upplösningen såg vi hur avgiftsfördelningen på provet förändras."

Hög detaljrikedom baserat på kvantumVätets koherens, enligt fysiker, kan vara mycket användbar i vetenskaplig forskning och i utvecklingen av katalysatorer, vars funktion ofta beror på ytdefekter i omfattningen av individuella atomer.

Läs mer:

Den har jagats i århundraden: vad vet vi om planeten Vulcan bredvid solen

Astronomer har hittat en planet nära jorden: den har en mycket konstig bana

Fysiker kom på hur man designar och trycker den godaste chokladen i världen