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首次可视化热电子的量子行为

导读 该研究结果是朝着能够操纵和控制高能量或热电子的量子行为迈出的有希望的一步 - 这对于未来的高效太阳能电池和原子工程系统(包括提出的量

该研究结果是朝着能够操纵和控制高能量或“热”电子的量子行为迈出的有希望的一步 - 这对于未来的高效太阳能电池和原子工程系统(包括提出的量子计算设备)非常重要。

该团队与伯明翰大学的同事合作,使用扫描隧道显微镜将电子注入硅表面,用甲苯分子装饰。当电子从尖端位置穿过表面传播时,它们诱导甲苯分子反应并从表面“抬起”。

通过测量分子移动的精确原子位置,研究小组确定电子在前七个纳米行程中保持其初始轨迹或量子态,然后在它们受到干扰之前进行随机散射,就像针中的球一样 - 球机。本质上是从量子系统到经典系统的转变。

来自巴斯大学的Peter Sloan博士说:“由于寿命短,大约百万分之十亿分之一秒,因此很难观察到热电子。这种可视化技术为我们提供了新的理解水平。我们惊讶地发现,最初的量子轨迹保持完整的时间足够长,以使单个电子在直径为15纳米的圆盘上“展开”。

“量子物理学要求电子表现为波。就像一块鹅卵石落入一个静止的池塘中形成了同心环,它们会在最初的七纳米内形成,所以热电子也是如此。在我们将它注入表面后,电子开始时是一个直径小于纳米的微小物体,然后它平静地传播出来,变得越来越大,当它受到干扰时(失去其原始的量子性质)它达到了这个尺寸一系列直径为15纳米的环。这似乎很小,但在原子和分子的规模上,这实际上是一个巨大的尺寸。“

伯明翰大学的Richard Palmer教授解释说:“这些研究结果至关重要,是在室温下进行的。他们表明,在接近绝对零温度(-273°C)时易于接近的电子的量子行为在更温和的室温条件和超过15纳米的尺度下持续存在。这些研究结果表明,未来的原子级量子装置可以在不需要液体氦冷却剂的情况下工作。“

现在团队开发了可视化量子传输的方法,目标是了解如何控制和操纵电子的初始量子态。正如帕尔默教授所说:“能够操纵热电子行为的意义是深远的; 从提高太阳能效率,到改善癌症治疗放射治疗的目标。“