Квантовий мікроскоп на основі водню візуалізує найдрібніші зміни в атомах

Фізики з Каліфорнійського університету в Ірвіні помістили два зв'язані атоми водню між срібним

зондом скануючого тунельного мікроскопа (СТМ)та досліджуваним зразком, що складається з плоскої мідної поверхні з невеликими острівцями нітриду міді. Імпульсами лазера тривалістю трильйонні частки секунди при кріогенних температурах у надвисокому вакуумі приладу вчені змогли порушити молекулу водню та зафіксувати зміни у її квантових станах. Це дозволило СТМ сформувати нерухомі знімки зразка в атомарному масштабі.

Дослідники зазначають, що молекула воднює прикладом дворівневої системи. Її орієнтація зміщується між двома положеннями: вгору і вниз і трохи нахилена по горизонталі. За допомогою лазерного імпульсу вчені змушують систему циклічно переходити з основного стану до збудженого, що призводить до суперпозиції двох станів. Тривалість циклічних коливань зникаюче мала — лише кілька десятків пікосекунд. Вимірюючи цей час декогеренції і циклічні періоди, вчені змогли побачити, як молекула водню взаємодіє з навколишнім середовищем.

Джерело: University of California, Irvine

Простір між зондом СТМ та зразкомскладає лише 0,6 нм. Мікроскоп, зібраний авторами роботи, виявляє найдрібніші електричні струми, що протікають у цьому просторі, отримує спектроскопічні показання, що підтверджують присутність молекули водню та елементів зразка. 

«Молекула водню стала частиною квантового.мікроскопа в тому сенсі, що скрізь, де мікроскоп сканував, водень знаходився між голкою та зразком, - каже Вілсон Хо, керівник дослідження. — Це надзвичайно чутливий зонд, який дозволяє нам бачити відхилення до 0,1 ангстрему. За такого дозволу ми бачили, як змінюється розподіл заряду на зразку».

Висока деталізація, заснована на квантовійКогерентність водню, як вважають фізики, може бути дуже корисною в наукових дослідженнях і розробки каталізаторів, функціонування яких часто залежить від дефектів поверхні в масштабі окремих атомів.

Читати далі:

За нею полювали століттями: що нам відомо про планету Вулкан поруч із Сонцем

Астрономи знайшли планету неподалік Землі: у неї дуже дивна орбіта

Фізики придумали, як спроектувати та надрукувати найсмачніший шоколад у світі