Các quy tắc lượng tử và va chạm vật liệu ngày càng trở nên rõ ràng, mở ra hướng đi mới mẻ cho các nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học và khoa học vật liệu.Khi các phân tử va chạm với bề mặt, một quá trình trao đổi năng lượng phức tạp giữa chúng và các nguyên tử tạo ra bề mặt. Quá trình này không chỉ liên quan đến những hiện vật vật lý thông thường mà còn được phân phối bởi cơ học lượng tử, lĩnh vực khoa học vừa kỷ niệm 100 năm thành lập.

Cant lượng tử là hiện tượng trong cơ học, đóng vai trò quan trọng trong nhiều công nghệ hiện đại. Nó xảy ra khi các con đường khác nhau mà một phân tử có thể chồng lên nhau, dẫn đến những mô hình tương tác cụ thể: một số con đường trộn lẫn nhau, trong khi những con đường khác lại bị bỏ hoàn toàn. "Vũ điệu sóng" này cũng ảnh hưởng đến cách các phân tử trao đổi năng lượng và năng lượng trên bề mặt, và cuối cùng tác động đến hiệu quả của các phản ứng hóa học xảy ra.

Nhưng cho đến nay, việc quan sát can thiệp lượng tử trong các va chạm bề mặt với các phân tử nặng hơn như metan (CH4) gặp rất nhiều khó khăn do có quá nhiều con đường tương tác có sẵn mà hệ thống có thể đi qua, dẫn đến các kết quả và các hạt khác nhau.

Một câu hỏi được đặt ra là các dữ liệu tử tử hiệu ứng có "rửa trôi" trong các quá trình này không, tức là dữ liệu chúng có thể bị mất và không bị ảnh hưởng trong các tương tác với các phân tử nặng hơn. Nếu đúng như vậy, các định nghĩa và nguyên lý cổ điển, vốn ứng dụng tốt cho các vật thể có kích thước lớn mà chúng ta trải qua hàng ngày, có thể đủ để mô tả quá trình này mà không cần phải dựa vào khối lượng phức tạp ứng dụng hiệu quả.

Nhóm nghiên cứu của Rainer Beck tại EPFL, hợp tác với các đồng nghiệp từ Đức và Hoa Kỳ, đã tìm ra cách giải quyết các vấn đề lớn trong công việc quan sát giao lượng tử trong các bề mặt của mêtan. Bằng cách phát triển một phương pháp mới giúp giảm bớt sự phức tạp của quá trình này, họ có thể điều chỉnh các mêtan phân tử thành các công cụ trạng thái lượng tử, sau đó phân tán ra chúng từ bề mặt vàng (Au). Cuối cùng, họ đo lường và phân tích trạng thái của họ sau mỗi nhiệm vụ và chạm.

Phương pháp này không chỉ mang lại những hiểu biết sâu sắc về các hiện vật cơ học lượng tử mà còn mở ra các hướng nghiên cứu mới trong công việc nghiên cứu tương tác giữa các phân tử và vật chất trong các điều kiện lượng tử đặc biệt.

Các kết quả được công bố trên tạp chí Khoa học đã làm sáng tỏ các mô hình cụ thể về giao thức điện tử, các công thức giả thuyết truyền thống về hành vi phân tử và mở ra các phương pháp mới để nghiên cứu các tương tác này.

Nhóm nghiên cứu đã không sử dụng bất kỳ khối vàng nào làm bề mặt phân tán, mà thay vào đó họ đã chọn một mẫu vàng được nuôi cấy kỹ lưỡng để hình thành thành tinh thể hoàn hảo. Sau đó, họ cắt mẫu vàng theo một hướng đặc biệt để tạo ra bề mặt “Au(111)” với độ nguyên tử và tính chất hóa học ổn định. Trong các thí nghiệm, nhóm nghiên cứu vẫn duy trì điều kiện chân không cực cao để tránh ô nhiễm từ các hạt khí có trong môi trường bình thường, đảm bảo độ chính xác cao cho kết quả nghiên cứu.

Bên trong Au(111) có Chế tạo và độ sạch đặc biệt, điều này đảm bảo rằng hiện tượng phóng xạ quan sát được tạo ra là các yếu tố sóng chất lượng cơ bản, thay vì bị ảnh hưởng bởi chất liệu hoặc ngẫu nhiên trên bề mặt vật chất. Vì vậy, nhóm nghiên cứu có thể tập trung hoàn thành các ứng dụng hiệu ứng.

Các nhà nghiên cứu đã ứng dụng tia laser kỹ thuật để kiểm soát chính xác trạng thái chất lượng của các phân tử mêtan, trước khi chúng chạm vào bề mặt vàng. Sau đó, họ đo lường các trạng thái tử tử mà các mêtan phân tử sử dụng sau khi va chạm. Các phân tử mêtan tồn tại tự nhiên trong một số trạng thái khác nhau hợp nhất, tạo ra các bậc thang và vòng quay của chúng thay đổi liên tục. Để đảm bảo rằng tất cả các phân tử mêtan bắt đầu ở cùng một trạng thái điện tử đã được xác định, các nhà nghiên cứu đã bắn một tia laser để kích thích cụm phân tử mêtan vào một trạng thái xác định trạng thái trước đó.

Sau đó, nhóm nghiên cứu đã hướng các cụm phân tử meta vào bề mặt Au(111) nguyên sơ, nơi chúng va chạm và phân tán. Sau những điều này, họ sử dụng thẻ gắn tia laser được điều chỉnh ở mức độ công cụ có thể để chiếu vào các phân tử phân tử. Nếu một phân tử ở trạng thái điện tử phù hợp, nó sẽ hấp thụ năng lượng từ tia laser, tạo ra sự thay đổi nhỏ về nhiệt độ của xạ xạ phân tử. Sự thay đổi nhiệt độ này sau đó được đo bằng một máy dò cực kỳ nhạy cảm gọi là máy đo tia bức xạ.

Các nhà khoa học đã áp dụng phương pháp này để nghiên cứu trạng thái chất lượng tử tử mà các meta tử phân tử đạt được khi và Chạm với kích thước vàng. Khi đối chứng dẫn đến kết quả lý thuyết về chất lượng điện tử, họ nhận thấy rằng tính chất đóng góp đã được quyết định trong việc xác định những chuyển đổi nào được phép và những chuyển đổi nào bị cấm.

Tính đối xứng trong vật chất lượng là khái niệm mô tả cách trạng thái của hệ thống không thay đổi khi được tác động bởi các biến được phép như Ngọc, quay hoặc phản xạ. Tong thế giới lượng tử, tính chất xứng đáng nhưng quan trọng hơn, những thay đổi này phải kèm theo các quy tắc đối xứng nghiêm ngặt.

Khi hai trạng thái của mêtan phân tử không có tính tương thích xứng đáng, quá trình chuyển đổi giữa chúng sẽ không xảy ra do các đường tương tác khác nhau và sẽ hoàn toàn phức tạp. Ngược lại, nếu các trạng thái có tính chất xứng đáng tương thích, thì các con đường này sẽ hòa hợp nhau, tạo điều kiện cho quá trình chuyển đổi diễn đàn ramạnh và dễ nhận thấy hơn. Điều này làm nổi bật tầm quan trọng của giao diện điện tử trong công việc kiểm soát Điều khiển vi phân tử trên mặt bền bỉ

Trong bài báo của mình, các tác giả đã sử dụng một loại phép suy thú vị với thí nghiệm khe đôi nổi tiếng, trong đó các hạt như electron tạo ra các mẫu giao thoa khi đi qua hai khe, hoạt động giống như sóng. Tương tự, các mêtan phân tử cũng có thể thực hiện giao dịch này trong nghiên cứu này.

Cụ thể, nghiên cứu này đã khám phá ra một loại giao thức tử tử mới trong quá trình phân tích xạ thủ. Khác với loại giao thức "khúc xạ" quen thuộc, vốn tác động đến góc tán xạ (như trong thí nghiệm khe đôi), dạng giao tiếp này ảnh hưởng đến các trạng thái quay và rung động của mêtan phân tử. Nó có khả năng ngăn chặn một số quá trình chuyển đổi trong khi tăng cường các quá trình khác.

Điều này giới thiệu một trong những nghiên cứu ví dụ rõ ràng nhất về hiệu ứng sóng điện tử trong tương tác bề mặt phân tử, sau 100 năm cơ học lượng tử tử đời. Những phát hiện này mở ra tiềm năng lớn cho các tiến bộ trong hóa học bề mặt, chất xúc tác năng lượng sạch hơn và các quy trình công nghiệp hiệu quả. Đồng thời, chúng tôi cung cấp một công thức mới để khám phá các phân tử tương tự, gợi ý các phần trong cơ sở khoa học và ứng dụng.

Nguồn: NASATI