กล้องจุลทรรศน์ควอนตัมที่ใช้ไฮโดรเจนแสดงภาพการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในอะตอม

นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์ได้วางอะตอมไฮโดรเจนสองพันธะไว้ระหว่างเงิน

หัววัดของกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกน (STM)และตัวอย่างทดสอบประกอบด้วยพื้นผิวทองแดงแบนและมีเกาะเล็กๆ ของคอปเปอร์ไนไตรด์ การใช้พัลส์เลเซอร์ยาวนานถึงล้านล้านวินาทีที่อุณหภูมิแช่แข็งในสุญญากาศที่สูงเป็นพิเศษของอุปกรณ์ นักวิทยาศาสตร์สามารถกระตุ้นโมเลกุลไฮโดรเจนและบันทึกการเปลี่ยนแปลงในสถานะควอนตัมของมันได้ ซึ่งช่วยให้ STM สามารถสร้างภาพ "ภาพนิ่ง" ของตัวอย่างในระดับอะตอมได้

นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าโมเลกุลของไฮโดรเจนเป็นตัวอย่างของระบบสองชั้น การวางแนวจะเลื่อนไปมาระหว่างสองตำแหน่ง: ขึ้นและลง และเอียงเล็กน้อยในแนวนอน การใช้เลเซอร์พัลส์ นักวิทยาศาสตร์บังคับให้ระบบหมุนเวียนจากสถานะพื้นดินเป็นสถานะตื่นเต้น ซึ่งจะนำไปสู่การซ้อนทับกันของทั้งสองสถานะ ระยะเวลาของการแกว่งของวัฏจักรนั้นเล็กมาก - เพียงไม่กี่สิบพิโควินาที นักวิทยาศาสตร์สามารถเห็นได้ว่าโมเลกุลไฮโดรเจนมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมอย่างไร โดยการวัด "เวลาการแยกตัว" และคาบวัฏจักรนี้

ที่มา: มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์

ช่องว่างระหว่างปลาย STM และตัวอย่างมีความบางเพียง 0.6 นาโนเมตร กล้องจุลทรรศน์ที่ประกอบโดยผู้เขียนผลงานจะตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เล็กที่สุดที่ไหลในพื้นที่นี้ และได้รับการอ่านทางสเปกโทรสโกปีเพื่อยืนยันการมีอยู่ของโมเลกุลไฮโดรเจนและองค์ประกอบของตัวอย่าง

“โมเลกุลไฮโดรเจนได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของควอนตัมกล้องจุลทรรศน์ในแง่ที่ว่าไม่ว่าที่ใดก็ตามที่สแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์ ไฮโดรเจนจะอยู่ระหว่างเข็มกับตัวอย่าง “นี่เป็นการสอบสวนที่ละเอียดอ่อนอย่างยิ่ง ทำให้เรามองเห็นการเบี่ยงเบนลงไปที่ 0.1 อังสตรอม ด้วยความละเอียดนี้ เราเห็นว่าการกระจายค่าใช้จ่ายในกลุ่มตัวอย่างเปลี่ยนไปอย่างไร”

รายละเอียดสูงตามควอนตัมนักฟิสิกส์กล่าวว่าการเชื่อมโยงกันของไฮโดรเจนนั้นมีประโยชน์มากในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และในการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งการทำงานมักจะขึ้นอยู่กับข้อบกพร่องของพื้นผิวตามมาตราส่วนของอะตอม

อ่านเพิ่มเติม:

มันถูกตามล่ามาหลายศตวรรษ: เรารู้อะไรเกี่ยวกับดาววัลแคนข้างดวงอาทิตย์?

นักดาราศาสตร์พบดาวเคราะห์ใกล้โลก มีวงโคจรที่แปลกประหลาดมาก

นักฟิสิกส์คิดค้นวิธีออกแบบและพิมพ์ช็อกโกแลตที่อร่อยที่สุดในโลก