p A física quântica nos diz que mesmo partículas massivas podem se comportar como ondas, como se eles pudessem estar em vários lugares ao mesmo tempo. Este fenômeno é tipicamente comprovado na difração de uma onda de matéria em uma grade. Em uma colaboração europeia, pesquisadores levaram essa ideia ao extremo e observaram a deslocalização de moléculas na grade mais fina possível, uma máscara transformada em uma única camada de átomos. Os experimentos apresentados exploram os limites técnicos das tecnologias de ondas de matéria e respondem a um famoso experimento Gedanken de Einstein e Bohr de quase 80 anos atrás. Os resultados são publicados na revista Nature Nanotechnology . p A natureza de onda mecânica quântica da matéria é a base para uma série de tecnologias modernas, como a microscopia eletrônica de alta resolução, estudos baseados em nêutrons em materiais de estado sólido ou sensores inerciais altamente sensíveis trabalhando com átomos. A pesquisa no grupo em torno do Prof. Markus Arndt da Universidade de Viena está focada em como é possível estender essas tecnologias a grandes moléculas e agrupamentos.

p A fim de demonstrar a natureza da mecânica quântica de um objeto massivo, ele deve ser primeiro deslocalizado. Isso é alcançado em virtude da relação de incerteza de Heisenberg:Se as moléculas são emitidas de uma fonte semelhante a um ponto, eles começam a 'esquecer' sua posição depois de um tempo e a se deslocar. Se você colocar uma grade em seu caminho, eles não podem saber, nem mesmo em principio, por qual fenda eles estão voando. É como se eles atravessassem várias fendas ao mesmo tempo. Isso resulta em uma distribuição característica de partículas atrás da grade, conhecido como padrão de difração ou interferência. Só pode ser entendido se levarmos em consideração a natureza das ondas da mecânica quântica das partículas.

p No limite tecnológico

p Em uma colaboração europeia (NANOQUESTFIT) junto com parceiros em torno do Professor Ori Cheshnovsky na Universidade de Tel Aviv (onde todas as nanomascaras foram escritas), bem como com o apoio de grupos em Jena (crescimento de membranas bifenílicas, Prof. Turchanin), e Viena (Microscopia Eletrônica de Alta Resolução, Prof. Meyer) eles agora demonstraram pela primeira vez que tais grades podem ser fabricadas mesmo a partir das membranas mais finas concebíveis. Eles usaram máscaras de transmissão em membranas ultrafinas de nitreto de silício, moléculas bifenílicas ou carbono com feixe de íons focalizado e analisadas com microscopia eletrônica de ultra-alta resolução. A equipe conseguiu fabricar grades estáveis ​​e suficientemente grandes, mesmo em grafeno de camada única atomicamente fina.

p Em experimentos quânticos anteriores da mesma colaboração da UE, a espessura das máscaras de difração já era tão fina quanto um centésimo do diâmetro de um fio de cabelo. Contudo, mesmo essas estruturas ainda eram muito espessas para a difração de moléculas compostas por dezenas de átomos. A mesma força que permite que as lagartixas escalem paredes restringe a aplicabilidade de grades de material em experimentos de difração quântica:as moléculas são atraídas pelas barras da grade como os dedos dos pés das lagartixas na parede. Contudo, uma vez que eles aderem à superfície, eles são perdidos para o experimento. Um grande desafio era reduzir a espessura do material e, portanto, as interações atraentes dessas máscaras até o limite máximo, mantendo uma estrutura mecanicamente estável.

p "Estas são as máscaras de difração mais finas possíveis para ótica de onda de matéria. E elas fazem seu trabalho muito bem", diz Christian Brand, o principal autor desta publicação. "Dada a espessura das grades de um milionésimo de milímetro, o tempo de interação entre a máscara e a molécula é cerca de um trilhão de vezes menor do que um segundo. Vemos que isso é compatível com interferência quântica de alto contraste ".

p Um experimento mental de Bohr e Einstein

p As barras das nanogramas parecem as cordas de uma harpa em miniatura. Portanto, pode-se perguntar se as moléculas induzem vibrações nessas cordas quando são desviadas para a esquerda ou para a direita durante a difração quântica. Se fosse esse o caso, as barras da grade poderiam revelar o caminho molecular através da grade e a interferência quântica deveria ser destruída. O experimento, portanto, realiza um experimento de pensamento que foi discutido por Nils Bohr e Albert Einstein décadas atrás:Eles perguntaram se é possível saber o caminho que um quantum percorre através de uma fenda dupla enquanto observa sua natureza ondulatória. A solução para esse enigma é novamente fornecida pelo princípio da incerteza de Heisenberg:embora as moléculas dêem um pequeno impulso à grade no processo de difração, esse recuo permanece sempre menor do que a incerteza do momento mecânico quântico da própria grade. Portanto, permanece indetectável. Aqui é mostrado que isso se aplica mesmo a membranas que têm apenas um átomo de espessura.