首次测量人造原子与天然原子之间的键

德国科学家发现，量子围栏——作为人造原子的合成圆形纳米结构——可以与原子力显微镜(AFM)尖端的原子形成非常微弱的化学键。“这是我们第一次可以通过实验验证这种人造原子形成的化学键，”他说弗朗茨Giessibl来自雷根斯堡大学，他领导了这项研究。

像天然原子一样，人造原子也有固定数量的电子，电子状态是离散的。量子围栏是由48个铁原子放在铜表面上形成的圆圈形式，1993年由一个美国团队首次引入，²为量子力学提供了引人入胜的见解，为材料科学开辟了新的机遇。“这种人造原子的一个吸引人的特点是，它们可以betway必威游戏下载大全控制真正原子无法控制的特性，”他说英格玛·黑黝黝的他来自荷兰乌得勒支大学，并没有参与这项研究。“它们也可以耦合在一起形成晶格，可以用来创造和研究具有潜在令人兴奋和有用性质的材料，而这些性质在自然界中是不存在的。”

研究人员使用扫描探针显微镜的尖端构建了两个不同大小的人工原子:一个是经典的48个原子量子围栏，另一个是较小的只包含24个铁原子的量子围栏。“量子围栏在铜表面形成了一个电子笼子，”解释说克劳斯·里希特他是该团队的理论家之一。“天然原子的环提供了一种捕获电子的机制，形成人造原子——就像天然原子中原子核和电子之间的吸引力库仑力一样!””

实验中使用的显微镜配备了一个基于石英表技术的qPlus传感器，可以测量非常微小的力。^3.科学家们探索了原子圈的电子和AFM尖端前端原子之间的相互作用，并发现了一个能量约为5meV的键，用于更大的系统。在较小的畜栏中也检测到类似的结合力。“天然原子的共价键对应几个电子伏特的键能，”Giessibl说。

里希特解释说:“天然共价键是在相同微观尺寸的原子轨道之间建立的。”“在我们的实验中，一个天然原子与一个物体——人造原子——形成了一个键，这个物体大约是人造原子的100倍。微观尺度和介观尺度相遇。”

斯瓦特说，这是一项了不起的成就。“量子线圈和AFM尖端之间的力被发现是原子分辨率AFM研究中典型值的千分之一，使这些实验成为真正的力道。”这项工作正在推动目前在测量小力方面的技术极限。”

“作者可以在一定距离范围内测量非常弱的相互作用，证明了金属端尖的吸引力和co端尖的斥力，”评论道威利Auwarter德国慕尼黑工业大学教授。“这项工作为纳米级人造原子的键合特性提供了前所未有的见解，与自然原子相比，纳米级人造原子‘大而电子稀释’。”

Giessibl指出，尽管相互作用很弱，但它们仍然改变了人工原子中量子力学态的占据。他说:“我们的理论同事帮助我们理解了在量子围栏中添加扰动时所产生的模式。”由于系统的2D性质，该团队可以故意改变结构来研究某些特性。Giessibl说:“我们在原子内部放置了一个障碍，然后观察发生了什么——这对自然原子来说是不可能的。”

他认为研究结果可以在不同领域发挥作用。“这是对人造原子化学键的首次测量，使难以捉摸的量子力学的特征形象化。只要稍加想象和思考，量子信息、材料科学和化学等领域的应用就会出现。”