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
На спутнике Сатурна обнаружили аномалию: реки Титана не образуют дельт
Космос
Марсоход обнаружил крупные углеродные отложения на Марсе
Космос
Посмотрите на детальные 3D-модели остатков от взрывов сверхновых
Космос
Крошечные спутники НАСА наблюдали солнечную корону и солнечный ветер
Космос
Хирурги провели пересадку, при которой сердце не переставало биться
Наука
Найдены странные материалы, которые нарушают законы термодинамики
Наука
VR-приложение для снижения тревожности сделали студенты из Чечни
Наука
1 Гб за 3 секунды: китайцы представили флеш-память, которая быстрее оперативки
Новости
Уничтожать нельзя оставить: в России придумали, что делать с борщевиком
Наука
На этой планете нашли признаки жизни: теперь мы знаем, как она выглядит
Космос
Мошенники стали использовать символы Пасхи в схемах в Telegram: как защитить себя
Новости
Китай вывел на максимум экспериментальный ториевый реактор: США это не удалось
Наука
Discord вводит проверку пользователей с помощью биометрии: как это будет работать
Новости
«Солнцезащитный крем» и одежда могли помочь Homo sapiens пережить неандертальцев
Наука
Эта частица раскроет тайну невидимой Вселенной: физики впервые создали ее аналог 
Космос
Климатические аномалии помогли варварам завоевать римскую Британию
Наука
Ответ найден: как крокодилам удалось пережить два массовых вымирания
Наука
Оказалось, кошки не такие уж древние, как все считали
Наука
Терапия стволовыми клетками уменьшила тремор у пациентов с Паркинсоном
Наука
Неуловимый гигантский кальмар впервые попал на видео в естественной среде
Наука