Kvantumszenzorként hasznosítható hidrogénmolekulát hoztak létre amerikai fizikusok
A fejlesztés lehetővé teszi, hogy eddig nem látott idő- és térbeli felbontással mérjék a különféle anyagok kémiai tulajdonságait.
Steve Zylius/UCI
Mi lenne, ha egy hidrogénmolekulát kvantumszenzorként használhatnánk egy terahertzes lézerrel felszerelt pásztázó alagútmikroszkópban? Ez lehetővé tenné az anyagok kémiai tulajdonságainak eddig nem látott időbeli és térbeli felbontású mérését – válaszolhatnánk tömören a felettébb egyszerű kérdésre.
Az új technikát az Irvine-i Kaliforniai Egyetem fizikusainak sikerült megvalósítaniuk, létrehoztak ugyanis egy olyan kvantummikroszkópot, amely egy kétszintű rendszerben az állapotok koherens szuperpozíciójának szondázására támaszkodik, ezenkívül sokkal érzékenyebb, mint a meglévő műszerek, amelyek nem kvantumfizikai elven alapulnak.
Tudósok két állapot szuperpozícióját lézerimpulzus segítségével tudták elérni, amely az újonnan kifejlesztett rendszert arra késztette, hogy ciklikusan lépjen át az alapállapotból a gerjesztett állapotba. Bár a ciklikus rezgések időtartama csupán néhány tíz pikoszekundumig tartott, a tudósok így is láthatták, miként lép kölcsönhatásba a hidrogénmolekula a környezetével.
„A hidrogénmolekula a kvantummikroszkóp részévé vált abban az értelemben, hogy bárhol is pásztázott a mikroszkóp, a hidrogén mindig észlelhető volt. Ez egy rendkívül érzékeny szonda megalkotását teszi lehetővé, amely révén 0,1 angströmig terjedő változásokat láthatunk” – magyarázta Wilson Ho, a tanulmány társszerzője.
Ho hozzátette, az ominózus kísérlet az első olyan kémiailag érzékeny spektroszkópiai folyamat demonstrációja, amely a terahertzes lézer által kiváltott egyenirányító áramon alapul, egyetlen molekulán keresztül.
Az új technika mostantól alkalmazható a kétdimenziós anyagok elemzésére, amelyeket a fejlett energetikai rendszerekben, az elektronikában, sőt a kvantumszámítógépekben is felhasználhatnak.
