Квантовый микроскоп на основе водорода визуализирует мельчайшие изменения в атомах

Физики использовали молекулы водорода в качестве квантового датчика в сканирующем туннельном микроскопе. Новый метод позволяет изучать атомарные структуры со сверхвысоким временным и пространственным разрешением. Исследование опубликовано в Science.

Физики из Калифорнийского университета в Ирвине поместили два связанных атома водорода между серебряным зондом сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) и исследуемым образцом, состоящим из плоской медной поверхности с небольшими островками нитрида меди. Импульсами лазера длительностью триллионные доли секунды при криогенных температурах в сверхвысоком вакууме прибора ученые смогли возбудить молекулу водорода и зафиксировать изменения в ее квантовых состояниях. Это позволило СТМ сформировать «неподвижные» снимки образца в атомарном масштабе.

Исследователи отмечают, что молекула водорода является примером двухуровневой системы. Ее ориентация смещается между двумя положениями: вверх и вниз и слегка наклонена по горизонтали. С помощью лазерного импульса ученые заставляют систему циклически переходить из основного состояния в возбужденное, что приводит к суперпозиции двух состояний. Продолжительность циклических колебаний исчезающе мала — всего несколько десятков пикосекунд. Измеряя это «время декогеренции» и циклические периоды, ученые смогли увидеть, как молекула водорода взаимодействует с окружающей средой.

Источник: University of California, Irvine

Пространство между зондом СТМ и образцом составляет всего 0,6 нм. Микроскоп, собранный авторами работы, обнаруживает мельчайшие электрические токи, протекающих в этом пространстве, получает спектроскопические показания, подтверждающие присутствие молекулы водорода и элементов образца. 

«Молекула водорода стала частью квантового микроскопа в том смысле, что везде, где микроскоп сканировал, водород находился между иглой и образцом, — говорит Уилсон Хо, руководитель исследования. — Это чрезвычайно чувствительный зонд, позволяющий нам видеть отклонения до 0,1 ангстрема. При таком разрешении мы видели, как меняется распределение заряда на образце».

Высокая детализация, основанная на квантовой когерентности водорода, как считают физики, может быть очень полезной в научных исследованиях и при разработке катализаторов, функционирование которых часто зависит от дефектов поверхности в масштабе отдельных атомов.


Читать далее:

За ней охотились столетиями: что нам известно о планете Вулкан рядом с Солнцем

Астрономы нашли планету недалеко от Земли: у нее очень странная орбита

Физики придумали, как спроектировать и напечатать самый вкусный шоколад в мире

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Генетики разгадали секреты выживания устойчивой к антибиотикам бактерии
Наука
Астрофизики разгадали тайну космических ускорителей частиц
Космос
Илон Маск: Neuralink поставил мозговой имплант третьему пациенту
Новости
В Китае дроны вызвали снегопад в горах, чтобы решить проблему с недостатком воды
Новости
«Сестра Клеопатры» оказалась римским больным подростком
Наука
2024 год стал самым жарким за полтора века: впервые превышен предел в 1,5°С
Наука
Юпитер оказался не таким, как считали ученые: открытие опровергает гипотезу о гиганте
Космос
Физики придумали, как найти новые измерения в пространстве
Наука
Посмотрите на первое фото кометы C/2024 G3 в России: она прилетает раз в 160 000 лет
Космос
Ученые нашли необычные частицы: их поведение невозможно объяснить обычной физикой
Наука
Байден запретит поставки ИИ-чипов в Россию: что ответила NVIDIA
Новости
300 млрд киловатт-часов: Китай строит крупнейшую в мире гидроэлектростанцию
Новости
Парниковые газы предложили хранить в стенах домов для борьбы с изменением климата
Наука
Ученые разгадали тайну, как древние птерозавры поднялись в воздух
Наука
Эксперимент показал, что фотоны света могут вести себя как частицы темной материи
Наука
ИИ создал крупнейшую базу данных фотографий северного сияния
Наука
Молекулы РНК превратили в «фонарики», чтобы отслеживать их работу в клетке
Наука
Европейский зонд показал северный полюс Меркурия в рекордных деталях
Космос
Посмотрите, как изменится внешний вид людей через 30 лет  
Наука
Посмотрите на первые фото Tesla Model Y без камуфляжа  
Новости