p A microscopia de varredura por tunelamento (STM) é rotineiramente empregada por físicos e químicos para capturar imagens em escala atômica de moléculas em superfícies. Agora, uma equipe internacional liderada por Christian Joachim e colegas de trabalho do Instituto A * STAR de Pesquisa e Engenharia de Materiais levou o STM um passo adiante:usando-o para identificar os estados quânticos dentro de compostos 'superbenzeno' usando medições de condutância STM. Seus resultados fornecem um roteiro para o desenvolvimento de novos tipos de computadores quânticos com base em informações localizadas dentro de ligações moleculares. p Para obter acesso aos estados quânticos do hexabenzocoroneno (HBC) - uma molécula aromática plana feita de anéis de benzeno entrelaçados - os pesquisadores a depositaram em um substrato de ouro. De acordo com o membro da equipe We-Hyo Soe, a fraca interação eletrônica entre HBC e ouro é crucial para medir a 'condutância diferencial' do sistema - uma taxa instantânea de carga de corrente com voltagem que pode ser diretamente ligada às densidades de elétrons em certos estados quânticos.

p Após o resfriamento a temperaturas quase zero absolutas, a equipe manobrou sua ponta STM para um local fixo acima do alvo HBC. Então, eles fizeram a varredura em busca de sinais de ressonância de condutância diferencial em tensões específicas. Depois de detectar essas tensões, eles mapearam a densidade de elétrons em torno de toda a estrutura de HBC usando STM. Essa técnica forneceu imagens em espaço real dos orbitais moleculares do composto - estados quantizados que controlam as ligações químicas.

p Quando Joachim e colegas de trabalho tentaram mapear uma molécula contendo duas unidades de HBC, um dímero, eles notaram algo intrigante. Eles detectaram dois estados quânticos de medições STM feitas perto do meio do dímero, mas apenas um estado quando eles moveram a ponta do STM para a borda do dímero (veja a imagem). Para entender por que, os pesquisadores colaboraram com teóricos que usaram cálculos de mecânica quântica de alto nível para identificar quais orbitais moleculares melhor reproduziam os mapas experimentais.

p A teoria tradicional sugere que os sinais de condutância diferencial STM podem ser atribuídos a um único, orbitais moleculares únicos. Os cálculos dos pesquisadores, Contudo, mostrar que essa visão é falha. Em vez de, eles descobriram que os estados quânticos observados continham misturas de vários orbitais moleculares, com a proporção exata dependente da posição da ponta STM ultra-afiada.

p Soe observa que essas descobertas podem ter um grande impacto no campo da computação quântica. "Cada ressonância medida corresponde a um estado quântico do sistema, e pode ser usado para transferir informações por meio de uma simples mudança de energia. Esta operação também pode cumprir algumas funções lógicas. "No entanto, ele acrescenta que avançado, serão necessárias teorias de muitos corpos para identificar a composição exata e a natureza dos orbitais moleculares devido ao efeito da ponta dependente da localização.