La naturaleza de la onda de la mecánica mecánica cuántica es la base de una serie de tecnologías modernas como la microscopía electrónica de alta resolución, estudios basados en neutrones en materiales de estado sólido o sensores inerciales altamente sensibles que trabajan con átomos. La investigación en el grupo alrededor del Prof. MarkusArndt, de la Universidad de Viena, se centra en cómo uno puede extender dichas tecnologías a moléculas grandes y grupos.
Para demostrar la naturaleza mecánica cuántica de un objeto masivo, primero debe deslocalizarse. Esto se logra en virtud de la relación de incertidumbre de Heisenberg: si las moléculas se emiten desde una fuente puntual, comienzan a "olvidar" su posicióndespués de un tiempo y deslocalizar. Si coloca una rejilla en su camino, no pueden saber, ni siquiera en principio, a través de qué hendidura están volando. Es como si hubieran atravesado varias hendiduras al mismo tiempo. Esto da como resultado una distribución característicade partículas detrás de la rejilla, conocido como patrón de difracción o interferencia. Solo se puede entender si tomamos en cuenta la naturaleza de onda mecánica cuántica de las partículas.
en el límite tecnológico
En una colaboración europea NANOQUESTFIT junto con socios alrededor del profesor Ori Cheshnovsky en la Universidad de Tel Aviv donde se escribieron todos los nanomasks, así como con el apoyo de grupos en Jena crecimiento de membranas de bifenilo, Prof. Turchanin y VienaMicroscopía electrónica de alta resolución, Prof. Meyer ahora demostraron por primera vez que tales rejillas pueden fabricarse incluso a partir de las membranas más delgadas imaginables. Molieron las máscaras de transmisión en membranas ultrafinas de nitruro de silicio, moléculas de bifenilo o carbono con unenfocó el haz de iones y los analizó con microscopía electrónica de resolución ultra alta. El equipo logró fabricar rejillas estables y suficientemente grandes, incluso en grafeno de capa única atómicamente delgada.
En experimentos cuánticos anteriores de la misma colaboración de la UE, el grosor de las máscaras de difracción ya era tan delgado como una centésima del diámetro de un cabello. Sin embargo, incluso tales estructuras aún eran demasiado gruesas para la difracción de moléculas compuestas por docenas de átomosLa misma fuerza que permite a los geckos escalar paredes restringe la aplicabilidad de las rejillas de material en experimentos de difracción cuántica: las moléculas se atraen a las barras de rejilla como los dedos de los geckos a la pared. Sin embargo, una vez que se adhieren a la superficie, se pierden en la superficie.experimento. Un gran desafío fue reducir el grosor del material y, por lo tanto, las interacciones atractivas de estas máscaras hasta el límite final, manteniendo una estructura mecánicamente estable.
"Estas son las máscaras de difracción más delgadas posibles para la óptica de onda de materia. Y hacen su trabajo muy bien", dice Christian Brand, el autor principal de esta publicación. "Dado el grosor de las rejillas de una millonésima de milímetro, la interacciónel tiempo entre la máscara y la molécula es aproximadamente un billón de veces más corto que un segundo. Vemos que esto es compatible con la interferencia cuántica de alto contraste ".
Un experimento mental de Bohr y Einstein
Las barras de las nanogradas se parecen a las cuerdas de un arpa en miniatura. Por lo tanto, uno puede preguntarse si las moléculas inducen vibraciones en estas cuerdas cuando se desvían hacia la izquierda o hacia la derecha durante la difracción cuántica. Si este fuera el caso, las barras de rejillapodría revelar el camino molecular a través de la rejilla y la interferencia cuántica debería ser destruida. El experimento se da cuenta de un experimento mental que fue discutido por Nils Bohr y Albert Einstein ya décadas atrás: preguntaron si es posible saber el camino que toma un cuántico a través de undoble hendidura mientras se observa su naturaleza ondulatoria. La solución a este acertijo es nuevamente provista por el principio de incertidumbre de Heisenberg: aunque las moléculas dan un pequeño impulso a la rejilla en el proceso de difracción, este retroceso sigue siendo siempre menor que la incertidumbre del momento mecánico cuántico de la rejilla misma.Por lo tanto, permanece indetectable. Aquí se demuestra que esto se aplica incluso a las membranas que son solo una enom grueso
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Materiales proporcionado por Universidad de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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