物理学家加利福尼亚大学，欧文（Irvine）已经证明了氢分子作为量子力传感器的使用，在terahertz激光器配备的扫描隧道显微镜中，该技术可以在前所未有的时间和空间决议中测量材料的化学性质。
这种新技术也可以应用于二维材料的分析，这些材料有可能在高级能源系统，电子和量子计算机。
UCI物理与天文学系和化学系的研究人员描述了他们如何定位两个结合原子氢在STM的银色尖端和由扁平铜表面组成的样品之间，该铜表面阵列占据了氮化铜的小岛。使用激光的脉冲持续一秒钟的脉冲，科学家能够激发氢分子并在低温温度和仪器的超高真空环境中检测其量子状态的变化，从而构成原子尺度，时间间隔的图像样品。
“该项目代表了测量技术和方法使我们能够探索的科学问题的进步。”Bren物理与天文学教授Bren教授Wilson Ho说。“依靠探测两层系统中状态的连贯叠加的量子显微镜比不基于该量子物理原理的现有仪器更敏感。”
Ho说，氢分子是两级系统的一个例子，因为其方向在两个位置之间移动，上下倾斜。通过一个激光脉搏，科学家可以以周期性的方式哄骗系统从基态转变为激发态，从而导致两种状态的叠加。循环振荡的持续时间消失了短暂的短暂 - 仅持续数十个皮秒 - 但是通过测量这种“脱碳时间”和循环时期，科学家能够看到氢分子如何与环境相互作用。
“氢分子成为量子显微镜的一部分，因为无论显微镜被扫描到尖端和样品之间的何处，氢都存在，”何说。“这使得非常敏感的探针使我们看到变化降低到0.1埃斯特罗姆。在此决议下，我们可以看到样品上的电荷分布如何变化。”
STM尖端和样品之间的空间几乎不可想象地很小，大约六个埃6纳米。HO和他的团队组装的STM配备了在该空间中流动的微小电流，并产生光谱读数，证明存在氢分子和样品元素。Ho说，该实验代表了基于Terahertz诱导的通过单个分子诱导的整流电流的化学敏感光谱法的首次演示。
表征能力材料根据HO的说法，在基于氢的量子相干性的细节上，催化剂的科学和工程可以很好地使用，因为它们的功能通常取决于单个原子的表面缺陷。
“只要可以将氢吸附到材料上，您就可以使用氢作为传感器来通过观察其静电场分布来表征材料本身，”UCI物理与天文学研究生王王说的首席作者王说。
期刊参考
- Wang，Yunpeng Xia，W。Ho；基于STM腔中H2分子的超快相干性的原子尺度量子传感。科学21 Apr 2022 Vol 376，第6591页，第401-405页doi：10.1126/science.ABN9220
