Nesta imagem de microscópio, as moléculas de ftalocianina de chumbo em uma superfície de chumbo supercondutora aparecem como trevos de quatro folhas. As vibrações dessas moléculas foram estudadas com o novo método. Crédito:Jan Homberg
Nas moléculas, os átomos vibram com padrões e frequências características. As vibrações são, portanto, uma ferramenta importante para estudar moléculas e processos moleculares, como reações químicas. Embora os microscópios de tunelamento de varredura possam ser usados para imagens de moléculas individuais, suas vibrações até agora têm sido difíceis de detectar.
Físicos da Universidade de Kiel (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, CAU) inventaram agora um método com o qual os sinais de vibração podem ser amplificados por um fator de até 50. Além disso, eles aumentaram consideravelmente a resolução de frequência. O novo método irá melhorar a compreensão das interações em sistemas moleculares e outros métodos de simulação. A equipe de pesquisa já publicou os resultados na revista
Physical Review Letters .
A descoberta do Dr. Jan Homberg, Dr. Alexander Weismann e Prof. Dr. Richard Berndt do Instituto de Física Experimental e Aplicada, baseia-se em um efeito mecânico quântico especial, o chamado "túnel inelástico". Os elétrons que passam através de uma molécula em seu caminho de uma ponta de metal para a superfície do substrato no microscópio de tunelamento de varredura podem liberar energia para a molécula ou retirar energia dela. Essa troca de energia ocorre em porções determinadas pelas propriedades da respectiva molécula.
Crédito:Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Normalmente, essa transferência de energia acontece apenas raramente e, portanto, é difícil de medir. Para amplificar o sinal de medição e simultaneamente alcançar uma resolução de alta frequência, a equipe do CAU usou uma propriedade especial de moléculas em supercondutores que haviam descoberto anteriormente:adequadamente organizadas, as moléculas mostram um estado nos espectros que aparece em forma de agulha, muito alta e extremamente aguda - a chamada ressonância Yu-Shiba-Rusinov.
O modelo mostra o arranjo molecular em um substrato de chumbo. Crédito:Jan Homberg
Os experimentos foram apoiados pelo trabalho teórico de Troels Markussen da empresa de software Synopsis em Copenhague.
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