Diskrete energiniveauer uden begrænsning - et nyt kvantetrick

Nanostrukturer kan udformes sådan, at kvanteindeslutningen kun tillader visse elektronenerginiveauer. Forskere fra IMDEA Nanociencia, UAM og ICMM-CSIC har, for første gang, observeret et diskret mønster af elektronenergier i et ubegrænset system, hvilket kan føre til nye måder at ændre overfladeegenskaberne på materialer.

En forskningsgruppe fra IMDEA Nanoscience og Universidad Autónoma de Madrid har for første gang fundet eksperimentelle beviser for, at endimensionelle gitter med nanoskala periodicitet kan interagere med elektronerne fra en todimensionel gas ved rumligt at adskille deres forskellige bølgelængder ved hjælp af et fysisk fænomen kendt som Bragg diffraktion. Dette fænomen er generelt kendt for bølgeformering generelt og er ansvarlig for den iriserende farve, der observeres ved belysning af en CD-overflade. På grund af den bølge-partikel dualitet, der blev foreslået af De Broglie i 1924, elektroner viser også en bølgelignende adfærd og, dermed, diffraktionsfænomener. Rent faktisk, observationen af, at lavenergifrie elektroner undergår diffraktionsprocesser efter interaktion med velordnede atomgitter på faste overflader, var den første eksperimentelle bekræftelse af bølgepartikel-dualiteten. Bidimensionelle elektroner bundet til faste overflader, selvfølgelig, også præsentere bølgelignende adfærd, som kunne visualiseres direkte i 90'erne ved scanningstunnelmikroskopi. Imidlertid, iagttagelsen af ​​Bragg -diffraktion i sådanne systemer havde hidtil været undvigende.

I dette nye værk, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , gruppen under ledelse af Roberto Otero byggede et diffraktionsgitter med nanometer periodicitet ved selvsamling af organiske molekyler på en kobberoverflade. Via lavtemperatur-scanning tunneling mikroskopi, forskerne observerede de stationære bølger forårsaget af interferensen mellem elektroner, der ankommer til diffraktionsgitteret og dem, der reflekteres af det, hvilket gjorde det muligt for forskerne at finde eksperimentelt bevis for Bragg -diffraktion. I øvrigt, forfatterne fandt ud af, at deres resultater ikke kun afspejler diffraktionsfænomener, men også at elektroner foretrækker at interagere med gitteret, så deres forekomstretning vendes tilbage.

Den samtidige overvejelse af begge effekter har fået forfatterne til at konkludere, at en diskretisering af energiniveauerne bør forekomme, ligner den, der finder sted, når elektronens bevægelse er rumligt begrænset. Diskretiseringen af ​​energiniveauerne ved indespærring er en af ​​kvantemekanikkens hovedkarakteristika, med mange anvendelser inden for nanovidenskab og nanoteknologi, og giver i øjeblikket forskere mulighed for at kontrollere de optiske og elektroniske egenskaber ved nanoskala systemer. Resultaterne i denne publikation, dermed, kan åbne nye veje til at fremstille nye materialer og enheder, der viser kvanteegenskaber uden kvantebegrænsning.