Οι επιστήμονες μετατρέπουν ένα μόριο υδρογόνου σε κβαντικό αισθητήρα

Στο υπερ-κενό ενός μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας, ένα μόριο υδρογόνου συγκρατείται μεταξύ του ασημένιου άκρου και του δείγματος. Οι εκρήξεις femtosecond ενός λέιζερ terahertz διεγείρουν το μόριο και το μετατρέπουν σε κβαντικό αισθητήρα. Πίστωση: Wilson Ho Lab, Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια

Οι φυσικοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Irvine απέδειξαν τη χρήση ενός μορίου υδρογόνου ως κβαντικού αισθητήρα σε ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας εξοπλισμένο με λέιζερ terahertz, μια τεχνολογία που μπορεί να μετρήσει τις χημικές ιδιότητες των υλικών σε άνευ προηγουμένου χρονική και χωρική ανάλυση.


Αυτή η νέα τεχνολογία μπορεί επίσης να εφαρμοστεί στην ανάλυση δισδιάστατων υλικών που έχουν τη δυνατότητα να παίξουν ρόλο σε προηγμένα ενεργειακά συστήματα, ηλεκτρονικά και κβαντικούς υπολογιστές.

σήμερα σε ΕπιστήμηΣε αυτό το άρθρο, ερευνητές στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας και του Τμήματος Χημείας στο UCI περιγράφουν πώς τοποθέτησαν δύο συνδεδεμένα άτομα υδρογόνου μεταξύ της ασημένιας άκρης ενός STM και ενός δείγματος που αποτελείται από μια επίπεδη επιφάνεια χαλκού επενδεδυμένη με μικρές νησίδες νιτρίδιο του χαλκού. Με παλμούς λέιζερ που διαρκούν για χιλιοστά του δευτερολέπτου, οι επιστήμονες μπόρεσαν να διεγείρουν ένα μόριο υδρογόνου και να ανιχνεύσουν αλλαγές στις κβαντικές του καταστάσεις σε κρυογονικές θερμοκρασίες και στο περιβάλλον πολύ υψηλού κενού του οργάνου, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την εμφάνιση εικόνων ατομικής κλίμακας του δείγματος.

«Αυτό το έργο αντιπροσωπεύει μια πρόοδο τόσο στην τεχνολογία μέτρησης όσο και στο επιστημονικό ερώτημα που η προσέγγιση μας επέτρεψε να εξερευνήσουμε», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Wilson Hu, καθηγητής Φυσικής, Αστρονομίας και Χημείας Bren. “Η κβαντική μικροσκοπία που βασίζεται στη διερεύνηση της συνεκτικής υπέρθεσης καταστάσεων σε ένα σύστημα δύο επιπέδων είναι πιο ευαίσθητη από τα τρέχοντα εργαλεία που δεν βασίζονται σε αυτήν την αρχή της κβαντικής φυσικής.”

Ο Χου είπε ότι το μόριο υδρογόνου είναι ένα παράδειγμα συστήματος δύο επιπέδων επειδή ο προσανατολισμός του μετατοπίζεται μεταξύ δύο θέσεων, πάνω και κάτω και γέρνει ελαφρώς οριζόντια. Με έναν παλμό λέιζερ, οι επιστήμονες μπορούν να πείσουν το σύστημα να μετακινηθεί από α κρατική γη σε μένα κατάσταση ενθουσιασμού Περιοδικά οδηγεί σε επικάλυψη μεταξύ των δύο κρατών. Η διάρκεια των περιοδικών ταλαντώσεων είναι εξαιρετικά μικρή – διαρκεί μόνο δεκάδες picosecond – αλλά μετρώντας τον «χρόνο αποσυνοχής» και τις περιοδικές περιόδους, οι επιστήμονες μπόρεσαν να δουν πώς αλληλεπιδρά ένα μόριο υδρογόνου με το περιβάλλον του.

Οι επιστήμονες μετατρέπουν ένα μόριο υδρογόνου σε κβαντικό αισθητήρα

Η ομάδα UCI που είναι υπεύθυνη για τη συναρμολόγηση και τη χρήση του εξοπλισμένου με λέιζερ μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας που απεικονίζεται εδώ, από αριστερά προς τα δεξιά, Dan Bai, Ph.D. στο UCI. Φοιτητής Φυσικής και Αστρονομίας. Wilson Ho, Πρίγκιπας Καθηγητής Φυσικής, Αστρονομίας και Χημείας. Yun Bingxia, Ph.D. Φοιτητής Φυσικής και Αστρονομίας. Να είσαι Wang και Ph.D. φίλτρο στη χημεία. Πίστωση: Steve Zylius/UCI

«Το μόριο του υδρογόνου έγινε μέρος του κβαντικού μικροσκοπίου που σημαίνει ότι οπουδήποτε σαρώθηκε το μικροσκόπιο, υπήρχε υδρογόνο μεταξύ του άκρου και του δείγματος», είπε ο Hu. “Κάνει έναν πολύ ευαίσθητο ανιχνευτή, επιτρέποντάς μας να δούμε διαφορές έως και 0,1 angstroms. Σε αυτήν την ανάλυση, μπορούμε να δούμε πώς αλλάζουν οι κατανομές φορτίου στο δείγμα.”

Η απόσταση μεταξύ της άκρης του STM και του δείγματος είναι σχεδόν αφάνταστα μικρή, περίπου έξι angstroms ή 0,6 nm. Το STM που συγκέντρωσε ο Χο και η ομάδα του είναι εξοπλισμένο για να ανακαλύψει το λεπτό ηλεκτρικό ρεύμα Ρέει σε αυτόν τον χώρο και παράγει φασματικές αναγνώσεις που αποδεικνύουν την παρουσία του μόριο υδρογόνου και δείγματα ειδών. Αυτό το πείραμα αντιπροσωπεύει την πρώτη απόδειξη χημικά ευαίσθητης φασματοσκοπίας που βασίζεται σε ένα ρεύμα ανόρθωσης που προκαλείται από terahertz μέσω ενός ρεύματος, είπε ο Hu. ενιαίο μόριο.

Η ικανότητα χαρακτηρισμού υλικών σε αυτό το επίπεδο λεπτομέρειας με βάση την κβαντική συνοχή του υδρογόνου θα μπορούσε να είναι πολύ χρήσιμη στην επιστήμη και τη μηχανική των καταλυτών, καθώς το έργο τους συχνά εξαρτάται από επιφανειακά ελαττώματα σε κλίμακα μεμονωμένων ατόμων, σύμφωνα με τον Ho.

«Εφόσον το υδρογόνο μπορεί να απορροφηθεί σε μια ουσία, καταρχήν, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε υδρογόνο ως αισθητήρας για τον χαρακτηρισμό του ίδιου του υλικού μέσω των παρατηρήσεων της κατανομής του ηλεκτροστατικού πεδίου», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Lecon Wang, μεταπτυχιακός φοιτητής στη φυσική και την αστρονομία στο UCLA.

Ο Yunpeng Xia, μεταπτυχιακός φοιτητής στη φυσική και την αστρονομία στο UCI, ενώθηκε με τον Ho και τον Wang σε αυτό το έργο.


ESR-STM σε μεμονωμένα μόρια και μοριακές δομές


περισσότερες πληροφορίες:
Likun Wang et al, Ατομική κβαντική ανίχνευση με βάση την υπερταχεία συνοχή ενός μορίου Η στην κοιλότητα STM, Επιστήμη (2022). DOI: 10.1126 / Science.abn9220

το απόσπασμα: Οι επιστήμονες μετατρέπουν ένα μόριο υδρογόνου σε κβαντικό αισθητήρα (2022, 22 Απριλίου) Ανακτήθηκε στις 22 Απριλίου 2022 από https://phys.org/news/2022-04-scientists-hydrogen-molecule-quantum-sensor.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν επιτρέπεται να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Έλεγχος των διαστημικών καμερών Lucy της NASA που είναι συνδεδεμένες σε αστεροειδείς

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *