นักวิทยาศาสตร์เปลี่ยนโมเลกุลไฮโดรเจนให้เป็นเซ็นเซอร์ควอนตัม

นักวิทยาศาสตร์ของ UCI เปลี่ยนโมเลกุลไฮโดรเจนให้เป็นเซ็นเซอร์ควอนตัม

ในสุญญากาศสูงพิเศษของกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกน โมเลกุลไฮโดรเจนจะอยู่ระหว่างปลายสีเงินและตัวอย่าง เฟมโตวินาทีระเบิดของเลเซอร์เทราเฮิร์ตซ์กระตุ้นโมเลกุล เปลี่ยนเป็นเซ็นเซอร์ควอนตัม เครดิต: Wilson Ho Lab, UCI

นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์ได้สาธิตการใช้โมเลกุลไฮโดรเจนเป็นเซ็นเซอร์ควอนตัมในกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดแบบฝังด้วยเลเซอร์เทอร์เฮิร์ทซ์ ซึ่งเป็นเทคนิคที่สามารถวัดคุณสมบัติทางเคมีของวัสดุในเวลาที่ไม่เคยมีมาก่อนและความละเอียดเชิงพื้นที่

เทคนิคใหม่นี้ยังสามารถนำไปใช้กับการวิเคราะห์วัสดุสองมิติที่มีศักยภาพที่จะมีบทบาทในระบบพลังงานขั้นสูง อิเล็กทรอนิกส์ และคอมพิวเตอร์ควอนตัม

วันนี้ใน ศาสตร์นักวิจัยจาก Department of Physics & Astronomy and Department of Chemistry ของ UCI อธิบายว่าพวกเขาจัดวางอะตอมไฮโดรเจนสองอะตอมไว้ระหว่างปลายสีเงินของ STM และตัวอย่างที่ประกอบด้วยพื้นผิวทองแดงเรียบที่เรียงแถวด้วยเกาะคอปเปอร์ไนไตรด์ขนาดเล็ก นักวิทยาศาสตร์สามารถกระตุ้นโมเลกุลไฮโดรเจนและตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในสถานะควอนตัมที่อุณหภูมิการแช่แข็งและในสภาพแวดล้อมสูญญากาศสูงพิเศษของเครื่องมือ ทำให้เกิดภาพขนาดอะตอมและหมดเวลาของ ตัวอย่าง.

วิลสัน โฮ ผู้เขียนร่วม ศาสตราจารย์เบรน ด้านฟิสิกส์ ดาราศาสตร์และเคมี กล่าวว่า “โครงการนี้แสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าทั้งในด้านเทคนิคการวัดและคำถามทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งวิธีนี้ช่วยให้เราสามารถสำรวจได้ “กล้องจุลทรรศน์ควอนตัมที่ต้องอาศัยการตรวจสอบการซ้อนทับกันของสถานะต่างๆ ในระบบสองระดับมีความไวมากกว่าเครื่องมือที่มีอยู่ซึ่งไม่ได้อิงตามหลักการฟิสิกส์ควอนตัมนี้”

โฮกล่าวว่าโมเลกุลไฮโดรเจนเป็นตัวอย่างของระบบสองระดับ เนื่องจากการวางแนวจะเลื่อนไปมาระหว่างสองตำแหน่ง ขึ้นและลง และเอียงเล็กน้อยในแนวนอน ด้วยเลเซอร์พัลส์ นักวิทยาศาสตร์สามารถเกลี้ยกล่อมระบบให้เปลี่ยนจากสถานะพื้นเป็นสถานะตื่นเต้นในรูปแบบวัฏจักรส่งผลให้เกิดการทับซ้อนของสองสถานะ ระยะเวลาของการแกว่งของวัฏจักรสั้นลงอย่างเห็นได้ชัด—ยาวนานเพียงสิบ picoseconds—แต่โดยการวัด “เวลาการแยกตัว” นี้และคาบวัฏจักร นักวิทยาศาสตร์สามารถเห็นได้ว่าโมเลกุลไฮโดรเจนมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมอย่างไร

นักวิทยาศาสตร์เปลี่ยนโมเลกุลไฮโดรเจนให้เป็นเซ็นเซอร์ควอนตัม

ทีม UCI ที่รับผิดชอบในการประกอบและใช้งานกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกนแบบส่องกราดด้วยเลเซอร์เทอร์เฮิร์ทซ์ตามภาพคือ Dan Bai จากซ้ายไปขวา UCI Ph.D. นักศึกษาวิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ Wilson Ho, Bren ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์และดาราศาสตร์และเคมี; หยุนเผิงเซี่ย, Ph.D. นักศึกษาวิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ Likun Wang และ Ph.D. ผู้สมัครในวิชาเคมี เครดิต: Steve Zylius / UCI

“โมเลกุลไฮโดรเจนกลายเป็นส่วนหนึ่งของกล้องจุลทรรศน์ควอนตัมในแง่ที่ว่าไม่ว่าที่ใดก็ตามที่สแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์ ไฮโดรเจนจะอยู่ที่นั่นระหว่างปลายและตัวอย่าง” นายโฮกล่าว “มันทำให้เป็นโพรบที่มีความละเอียดอ่อนอย่างยิ่ง ทำให้เรามองเห็นความแปรผันที่ลดลงถึง 0.1 อังสตรอม ที่ความละเอียดนี้ เราสามารถเห็นได้ว่าการกระจายประจุเปลี่ยนไปในตัวอย่างอย่างไร”

ช่องว่างระหว่างปลาย STM กับตัวอย่างมีขนาดเล็กจนแทบจะจินตนาการไม่ได้ ประมาณหกอังสตรอมหรือ 0.6 นาโนเมตร STM ที่ Ho และทีมงานของเขารวบรวมนั้นได้รับการติดตั้งเพื่อตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านในพื้นที่นี้เพียงเล็กน้อย และสร้างการอ่านค่าสเปกโตรสโกปีเพื่อพิสูจน์การมีอยู่ของโมเลกุลไฮโดรเจนและองค์ประกอบของตัวอย่าง โฮกล่าวว่าการทดลองนี้แสดงให้เห็นถึงการสาธิตครั้งแรกของสเปกโตรสโคปีที่ไวต่อสารเคมีโดยอาศัยกระแสการแก้ไขที่เหนี่ยวนำโดยเทอร์เฮิร์ตซ์ผ่านโมเลกุลเดี่ยว

Ho

ผู้เขียนนำการศึกษา Likun Wang นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ UCI สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ กล่าวว่า ตราบใดที่ไฮโดรเจนสามารถดูดซับลงบนวัสดุได้ โดยหลักการแล้ว คุณสามารถใช้ไฮโดรเจนเป็นเซ็นเซอร์เพื่อระบุลักษณะของวัสดุได้ผ่านการสังเกตการกระจายของสนามไฟฟ้าสถิต .

ผู้เข้าร่วม Ho และ Wang ในโครงการนี้คือ Yunpeng Xia นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ UCI ในสาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์


ESR-STM บนโมเลกุลเดี่ยวและโครงสร้างตามโมเลกุล


ข้อมูลมากกว่านี้:
Likun Wang et al, การตรวจจับควอนตัมระดับอะตอมโดยอิงจากการเชื่อมโยงกันอย่างรวดเร็วของโมเลกุล H 2 ในช่อง STM ศาสตร์ (2022). ดอย: 10.1126/science.abn9220

ให้บริการโดย University of California, Irvine

การอ้างอิง: นักวิทยาศาสตร์เปลี่ยนโมเลกุลไฮโดรเจนให้กลายเป็นเซ็นเซอร์ควอนตัม (2022, 22 เมษายน) ดึงข้อมูลเมื่อ 22 เมษายน 2565 จาก https://phys.org/news/2022-04-scientists-hydrogen-molecule-quantum-sensor.html

เอกสารนี้อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ นอกเหนือจากข้อตกลงที่เป็นธรรมเพื่อการศึกษาหรือการวิจัยส่วนตัวแล้ว ห้ามทำซ้ำส่วนหนึ่งส่วนใดโดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*