O estudo oferece novos insights sobre a compreensão e o controle da dinâmica de tunelamento em moléculas complexas
O chip eletrônico e o complexo de Van der Waals com distância internuclear de 0,39 nm. Crédito:Ming Zhu, Jihong Tong, Xiwang Liu, Weifeng Yang, Xiaochun Gong, Wenyu Jiang, Peifen Lu, Hui Li, Xiaohong Song e Jian Wu O tunelamento é um dos processos mais fundamentais na mecânica quântica, onde o pacote de ondas poderia atravessar uma barreira de energia classicamente intransponível com uma certa probabilidade.
Na escala atômica, os efeitos de tunelamento desempenham um papel importante na biologia molecular, como acelerar a catálise enzimática, provocar mutações espontâneas no DNA e desencadear cascatas de sinalização olfativa.
O tunelamento de fotoelétrons é um processo chave nas reações químicas induzidas pela luz, transferência de carga e energia e emissão de radiação. O tamanho dos chips optoeletrônicos e de outros dispositivos tem estado próximo da escala atômica subnanométrica, e os efeitos do tunelamento quântico entre diferentes canais seriam significativamente aumentados.
A imagem em tempo real da dinâmica de tunelamento de elétrons em moléculas complexas tem importante significado científico para promover o desenvolvimento de transistores de tunelamento e dispositivos optoeletrônicos ultrarrápidos. O efeito do átomo vizinho na dinâmica do tunelamento de elétrons em moléculas complexas é uma das principais questões científicas nos campos da física quântica, química quântica, nanoeletrônica, etc. O elétron emitido pelo átomo de Ar é primeiramente aprisionado nos estados transitórios altamente excitados do Ar-Kr
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antes de sua eventual liberação para o continuum. Um pulso de laser de bomba linearmente polarizado é usado para preparar o Ar-Kr
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íon removendo e 1 do local Kr, e um pulso de laser de sonda elipticamente polarizado com atraso de tempo é usado para rastrear a dinâmica de tunelamento de elétrons mediada por transferência de elétrons (e2, seta laranja). Crédito:Ming Zhu, Jihong Tong, Xiwang Liu, Weifeng Yang, Xiaochun Gong, Wenyu Jiang, Peifen Lu, Hui Li, Xiaohong Song e Jian Wu Em artigo publicado em Light:Science &Applications , uma equipe de cientistas da Universidade de Hainan e da Universidade Normal da China Oriental projetou um complexo de van der Waals Ar-Kr
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como um sistema protótipo com distância internuclear de 0,39 nm para rastrear o tunelamento de elétrons através do átomo vizinho no sistema de escala subnanométrica.
A localização eletrônica intrínseca do orbital molecular mais ocupado de Ar-Kr dá preferência à remoção de elétrons do sítio Kr na primeira etapa de ionização.
O site assistiu o buraco do elétron em Ar-Kr
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garante que o segundo elétron seja removido principalmente do átomo de Ar na segunda etapa de ionização, onde o elétron pode tunelar diretamente para o contínuo a partir do átomo de Ar ou, alternativamente, através do vizinho Kr++
núcleo iônico.
Em combinação com o método melhorado de aproximação de campo forte corrigido por Coulomb (ICCSFA) desenvolvido pela equipe, que é capaz de levar em conta a interação de Coulomb sob o potencial durante o tunelamento, e monitorando a distribuição do momento transversal do fotoelétron para rastrear a dinâmica do tunelamento , descobriu-se que existem dois efeitos de captura forte e captura fraca de elétrons de tunelamento pelo átomo vizinho.
Este trabalho revela com sucesso o papel crítico do átomo vizinho no tunelamento de elétrons em sistemas complexos subnanométricos. Esta descoberta fornece uma nova maneira de compreender profundamente o papel fundamental do efeito Coulomb sob a barreira de potencial na dinâmica de tunelamento de elétrons, geração de altos harmônicos sólidos, e estabelece uma base sólida de pesquisa para sondar e controlar a dinâmica de tunelamento de biomoléculas complexas.
Mais informações: Ming Zhu et al, Tunelamento de elétrons através do átomo vizinho, Luz:Ciência e Aplicações (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01373-2 Informações do diário: Luz:Ciência e Aplicações
