استفاده از یک مولکول هیدروژن بعنوان سنسور کوانتومی

استفاده از یک مولکول هیدروژن بعنوان سنسور کوانتومی

دانشمندان موفق به استفاده از یک مولکول هیدروژن بعنوان یک سنسور کوانتومی شدند که این کار به آنها اجازه می دهد تا خواص شیمیایی مواد را در زمان و با وضوح مکانی بی سابقه ای اندازه گیری کنند.


به گزارش تعمیرکار به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، اگر بتوانیم از یک مولکول هیدروژن بعنوان یک سنسور کوانتومی در یک "میکروسکوپ تونلی روبشی" مجهز به لیزر تراهرتزی استفاده نمائیم، چه می شود؟ این کار به ما امکان می دهد تا خواص شیمیایی مواد را در زمان و با وضوح مکانی بی سابقه ای اندازه گیری نماییم.
میکروسکوپ تونلی روبشی( STM ) گونه ای میکروسکوپ کاوش روبشی است که برمبنای روبش سطح رسانا به وسیله نوک بسیار باریک (در حد چند نانومتر) و تغییر در میزان جریان عبوری برحسب فاصله کار می کند. با این میکروسکوپ می توان نحوه آرایش اتم ها در سطح شبکه را به تصویر کشید. به عبارت دیگر تصویر به وجود آمده نشان دهنده آرایش فضایی نوار رسانش فلز یا نیمه هادی است. جریان در اینگونه میکروسکوپ مستقیم (DC) است و جریان بصورت نمایی با فاصله نوک از نمونه رابطه دارد.
این میکروسکوپ، ابزاری برای تصویربرداری از سطوح در مقیاس اتمی است. این وسیله در سال ۱۹۸۱ اختراع شد و مخترعان آن "گرد بینگ" و "هاینریش روهرر" در IBM زوریخ، جایزه نوبل فیزیک را در سال ۱۹۸۶ برای آن به دست آوردند.
این میکروسکوپ با بهره گیری از یک نوک رسانای بسیار تیز که می تواند اجسام کوچکتر از ۰.۱ نانومتر را تشخیص دهد، با وضوح ۰.۰۱ نانومتری عمق سطح را حس می کند. این بدان مدلول است که می توان بطور معمول از اتم ها تصویربرداری و حتی آنها را دستکاری کرد، به صورتی که آنها را می توان جابه جا کرد و در موقعیت های دلخواه قرار داد.
میکروسکوپ STM برمبنای مفهوم تونل زنی کوانتومی تولید شده است. هنگامی که نوک آن، بسیار نزدیک به سطح بررسی می شود، ولتاژ اعمال شده بین این دو، این امکان را فراهم می آورد تا الکترون ها عبور کنند و جریان برقرار شود. این جریان، حاصل تابعی از موقعیت نوک، ولتاژ اعمال شده و چگالی محلی نمونه است. اطلاعات با پردازش جریانی که از نوک اسکن می شود، بدست می آیند و به طور معمول به شکل تصویر نمایش داده می شوند.
میکروسکوپ اسکن تونلی روبشی در مقایسه با سایر میکروسکوپ ها می تواند یک انتخاب چالش برانگیز هم باشد، برای اینکه به سطوح بسیار تمیز و پایدار، یک نوک بسیار تیز، سطحی با ایزولاسیون عالی در مقابل لرزش (سطحی بدون هیچ نوع لرزش و نوسان) و الکترونیک پیشرفته نیاز دارد. با وجود این، خیلی از پژوهشگران ترجیح می دهند از این میکروسکوپ ها استفاده کنند.
حالا برمبنای اطلاعیه ای که دانشگاه "کالیفرنیا ایرواین" منتشر نموده است، این تکنیک جدید توسط فیزیکدانان این دانشگاه توسعه یافته است.
یک میکروسکوپ کوانتومی بسیار حساس تر
پروفسور "دانلد برن" و "ویلسون هو" اساتید فیزیک و نجوم و شیمی این دانشگاه و نویسندگان این مطالعه جدید گفتند: این پروژه هم در تکنیک اندازه گیری و هم در این علم، پیشرفت را نشان میدهد. یک میکروسکوپ کوانتومی که بر کاوش برهم نهی منسجم حالات در یک سیستم دو سطحی تکیه دارد، بسیار حساس تر از ابزارهای موجود است که بر طبق این اصل فیزیک کوانتومی عمل نمی کنند.
دانشمندان توانستند بوسیله یک پالس لیزری به برهم نهی دو حالت دست یابند که سیستم تازه مهندسی شده را وادار می کند تا بصورت چرخه ای از حالت پایه به حالت برانگیخته برود.
حتی با وجود این که مدت زمان نوسانات چرخه ای تنها چند ده پیکوثانیه به طول انجامید، دانشمندان همچنان قادر به مشاهده نحوه تعامل مولکول هیدروژن با محیط خود بودند.
ادغام یک مولکول هیدروژن با میکروسکوپ کوانتومی
"هو" اظهار داشت: مولکول هیدروژن قسمتی از میکروسکوپ کوانتومی شد، به این معنا که هر جا که میکروسکوپ اسکن می کرد، هیدروژن بین نوک و نمونه قرار داشت. این کار یک کاوشگر بسیار حساس می سازد که به ما امکان می دهد تغییرات تا ۰.۱ آنگستروم را ببینیم. در این وضوح، می توانیم ببینیم که چگونه توزیع بار روی نمونه تغییر می کند.
وی همین طور اضافه کرد که این آزمایش نشان دهنده نخستین نمایش طیف سنجی حساس شیمیایی برمبنای جریان یکسوسازی ناشی از تراهرتز بوسیله یک مولکول است.
این روش جدید حالا می تواند برای تجزیه و تحلیل مواد دو بعدی که می توانند در سیستم های انرژی پیشرفته، الکترونیک و حتی کامپیوتر های کوانتومی استفاده شوند، به کار گرفته شود.
این مطالعه در مجله Science انتشار یافته است.



1401/02/05
23:47:21
5.0 / 5
166
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)

تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب
لطفا شما هم نظر دهید
= ۶ بعلاوه ۵
SetFix تعمیرکار