يدفع
سمح السطح البلوري فائق النقاء للجزيئات الفردية بالحفاظ على التماسك الكمي عند حد فورييه الأساسي.
من المفترض أن يكون فحص الجزيء الموجود على السطح ومعالجته أسهل من الجزيء المخفي داخل مادة صلبة أو المعلق في الفراغ. ومع ذلك، من الناحية العملية، يخلق تلوث السطح بيئة غير مستقرة وصاخبة يمكن أن تؤدي بسرعة إلى تدهور الخصائص الكمومية الدقيقة للجزيء.
الباحثون في معهد ماكس بلانك لعلم الضوء (MPL) لقد تغلبت الآن على هذا الحاجز. تسمح تقنيتهم بفحص الجزيئات الموجودة على السطح بدقة طيفية مع الوصول باستمرار إلى الحد الكمي النهائي للتماسك، وهو أمر لم يتم تحقيقه من قبل على السطح. النتائج التي نشرت في علوميمكن أن يوسع دراسات التفاعلات بين سطح الجزيء وتقنيات الكم الجزيئي.
تعتمد العديد من تقنيات الكم الضوئية على الأجسام النانوية مثل الذرات والجزيئات التي تتفاعل بقوة مع الضوء. يمكن لهذه الباعثات الكمومية توليد فوتونات مفردة، وتخزين المعلومات الكمومية، وتوزيع التشابك، وهي القدرات المستخدمة في الاتصالات والحسابات الكمومية.
تتطلب دراسة باعث واحد في كل مرة إبقائه ثابتًا في مكانه لفترات طويلة. يقوم الباحثون عمومًا بتحقيق ذلك عن طريق محاصرة الباعثات في الفراغ أو تضمينها داخل مادة سائبة.
يوفر السطح إمكانية أخرى لأنه من المحتمل أن يتم التلاعب بذرة أو جزيء فردي بشكل مباشر باستخدام طرف ذري حاد، مثل تلك المستخدمة في الفحص المجهري النفقي (STM) ومجهر القوة الذرية (AFM). ومع ذلك، حتى الآن، كان الحفاظ على الخصائص الكمومية الضوئية للبواعث السطحية أمرًا صعبًا، لأن الملوثات تتجمع بسهولة على الأسطح وتخلق محيطًا متقلبًا.
سطح نظيف يحافظ على التماسك الكمومي
قامت المجموعة بقيادة البروفيسور وحيد ساندوغدار، مدير MPL ورئيس قسم “النانو البصريات”، بمعالجة مشكلة التلوث من خلال استغلال خاصية البلورة العضوية: وهي تتبخر ببطء في درجة حرارة الغرفة.
وضع الباحثون بلورة صغيرة داخل ناظم البرد تحت فراغ. ومع تبخر الطبقات العليا بشكل طبيعي، فإنها تحمل معها الملوثات السطحية بعيدًا. تم بعد ذلك تبريد البلورة إلى بضع درجات كلفن فقط فوق الصفر المطلق، مما أدى إلى إيقاف المزيد من التسامي. عند درجات الحرارة المنخفضة هذه، قام الباحثون بإيداع الجزيئات على السطح المنظف حديثًا باستخدام فرن مصنوع من مواد دقيقة.
وكانت النتيجة بيئة مستقرة بشكل غير عادي للبواعث الكمومية.
وأوضح الدكتور أليكسي شكرين، الباحث في قسم البصريات النانوية في MPL: “يمكن تقييم جودة الباعثات الكمومية من خلال أوقات تماسكها، والتي تشير إلى المدة التي تحافظ فيها على كميتها”.
لا يمكن أن يتجاوز زمن التماسك ما يعرف بحد فورييه، والذي يتحدد بالمدة التي يستغرقها الباعث لنقل طاقته إلى محيطه. وفي بيئة صاخبة، يمكن أن يصبح هذا التماسك أقصر بمئات أو حتى آلاف المرات. ومن خلال وضع الجزيئات على سطح بلوري نظيف ذي بنية جزيئية مناسبة، وجد الباحثون أن الجزيئات تصل باستمرار إلى حد فورييه. وكانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها الوصول إلى الحد الأساسي على السطح، مما يشير إلى أن الجزيئات شهدت بيئة هادئة ومستقرة للغاية.
كما غيرت الأسطح السلوك الجزيئي
وأظهرت التجارب أيضًا أن السطح يقوم بأكثر من مجرد تثبيت الجزيئات في مكانها. لقد تسبب في أن تتبنى الجزيئات الممتزة اتجاهًا معينًا وتحول طاقاتها، مع إمكانية تغيير شكلها أو كيفية اهتزازها.
يقول وحيد ساندوغدار: “سيركز عملنا المستقبلي على الجمع بين هذه الطريقة مع AFM وSTM للحصول على تحكم نانومتري محلي في بواعث الكم الفردية”.
إن الجمع بين تقنية السطح النظيف وأدوات الفحص المجهري يمكن أن يسمح للباحثين بالتحقيق في بواعث كمية فردية من خلال التحكم بمقياس النانومتر، مما يوفر رؤية أعمق لخصائص السطح وطرق جديدة لهندسة الحالات الكمومية للمادة.
المرجع: “انتقال فورييه محدود بالنانو إلكترون فولت لجزيء واحد ممتص السطح” بقلم مسعود ميرزايي، وأليكسي شكارين، وبوراك جورليك، ويوهانس زيركلباخ، وآشلي ج. شين، وإيرينا ديبيراسيسكا، وبوليسلاف كوزانكيفيتش، وتوبياس أوتيكال، وستيفان جوتزنجر، ووحيد ساندوغدار، 25 يونيو 2026، علوم.
دوى: 10.1126/science.aeg5014
لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.
المصدر الأصلي: scitechdaily.com — للاطلاع على المادة الأصلية.
