Molekulyar toqquşmaları formalaşdıran kvant qaydaları indi diqqət mərkəzindədir və kimya və materialşünaslıq üçün təzə fikirlər təklif edir. Molekullar səthlərlə toqquşduqda, molekulla səthi təşkil edən atomlar arasında kompleks enerji mübadiləsi baş verir. Lakin bu başgicəlləndirici mürəkkəbliyin altında bu il 100 illiyini qeyd edən kvant mexanikası prosesi idarə edir.

Xüsusilə kvant müdaxiləsi əsas rol oynayır. Bu, bir molekulun keçə biləcəyi müxtəlif yolların üst-üstə düşdüyü zaman baş verir, nəticədə xüsusi qarşılıqlı təsir nümunələri yaranır: bəzi yollar bir-birini gücləndirir, digərləri isə tamamilə ləğv edir. Bu “dalğaların rəqsi” molekulların səthlərlə enerji və impuls mübadiləsinə və nəticədə onların nə qədər effektiv reaksiya verdiyinə təsir göstərir.

Lakin indiyə qədər, metan (CH ₄ ) kimi daha ağır molekullarla səth toqquşmalarında kvant müdaxiləsini müşahidə etmək , sistemin müxtəlif toqquşma nəticələrinə doğru getməsi üçün mövcud yolların çoxluğu səbəbindən demək olar ki, mümkün deyildi. Bir çox elm adamları hətta bütün kvant effektlərinin bu proseslər üçün həmişə “yuyulacağı” ilə maraqlanıblar ki, klassik fizikanın gündəlik, “makroskopik” obyektlərə aid olan daha sadə qanunları onları təsvir etmək üçün kifayət etsin.

Metanın səthi toqquşmalarında kvant müdaxiləsini müşahidə etmək problemini həll edərək, EPFL-də Rainer Beck qrupunun tədqiqatçıları Almaniya və ABŞ-dakı həmkarları ilə birlikdə mürəkkəbliyi aradan qaldırmaq üçün bir üsul hazırladılar. Onlar metan molekullarını xüsusi kvant vəziyyətlərinə uyğunlaşdırdılar , onları qızıl (Au) səthindən səpələdilər və toqquşmadan sonra vəziyyətlərini ölçdülər.

“Science” jurnalında dərc olunan nəticələr kvant müdaxiləsinin aydın nümunələrini ortaya qoydu, molekulyar davranış haqqında fərziyyələri çətinləşdirdi və bu qarşılıqlı təsirləri öyrənmək üçün yeni yollar təqdim etdi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=188&slotname=8188791252&adk=1687169288&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1740719257&rafmt=11&format=750×188&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-02-methane-collision-gold-surfaces-reveals.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTMzLjAuNjk0My4xNDEiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siTm90KEE6QnJhbmQiLCI5OS4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQxIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzMy4wLjY5NDMuMTQxIl1dLDBd&dt=1740719253356&bpp=1&bdt=90&idt=297&shv=r20250226&mjsv=m202502250101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1740719208%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1740719208%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1740719208%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=8172645144057&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=447&ady=1910&biw=1903&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31081539%2C31090662%2C31090628%2C31090357%2C95350015%2C95353078%2C95353782&oid=2&pvsid=89777731730237&tmod=587195434&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=3915

Qızıl tələsik

Komanda səpələnmə səthi kimi xidmət etmək üçün heç bir qızıl parçasından istifadə etmədi; onlar mükəmməl kristal olmaq üçün diqqətlə böyüdülmüş qızıl nümunəsindən istifadə etdilər və sonra atomik olaraq hamar və kimyəvi cəhətdən təsirsiz olan “Au(111)” adlı səthi aşkar etmək üçün xüsusi istiqamət üzrə kəsdilər. Onlar həmçinin normal mühit şəraitində mövcud olan qaz hissəciklərindən çirklənmənin qarşısını almaq üçün təcrübələr zamanı səthi ultra yüksək vakuum altında saxladılar.

Au(111) səthinin müstəsna hamarlığı və təmizliyi müşahidə edilən səpilmə davranışının təsadüfi səth pozuntuları və ya çirkləri deyil, fundamental kvant dalğası aspektlərindən yaranmasını təmin etdi və komandaya sırf müdaxilə təsirlərinə diqqət yetirməyə imkan verdi.Oyna

00:0002:16SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

Lazer fokus

Tədqiqatçılar daha sonra metan molekullarının qızıl səthlə toqquşmadan əvvəl kvant vəziyyətlərini dəqiq idarə etmək və toqquşmadan sonra molekulların tutduqları kvant vəziyyətlərini ölçmək üçün lazer əsaslı texnikadan istifadə etdilər.

Metan molekulları təbii olaraq müxtəlif enerji vəziyyətlərinin qarışığında mövcuddur, yəni onların daxili vibrasiyaları və fırlanmaları dəyişir. Beləliklə, bütün molekulların eyni dəqiq müəyyən edilmiş kvant vəziyyətində başladığına əmin olmaq üçün tədqiqatçılar əvvəlcə metan molekullarının şüasına nasos lazeri vuraraq onları yaxşı müəyyən edilmiş kvant vəziyyətinə keçirdilər.

Daha sonra metan molekullarının şüasını təmiz Au(111) səthinə yönəldiblər, orada toqquşub səpələniblər. Toqquşmadan sonra komanda səpələnmiş molekulları xüsusi enerji səviyyələrinə uyğunlaşdırılmış etiketləmə lazeri ilə vurdu. Əgər molekul uyğun kvant vəziyyətində olsaydı, o, lazerin enerjisini uddu və səpilmə molekullarının temperaturunda kiçik bir dəyişiklik yaratdı və tədqiqatçılar bolometr adlı yüksək həssas detektorla ölçə bildilər.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Kvant müdaxiləsi aşkar edildi

Alimlər bu üsulla qızılın səthi ilə toqquşduqdan sonra metan molekullarının hansı kvant vəziyyətlərini tutduğunu müəyyən etmək üçün istifadə ediblər. Nəticələrini kvant nəzəriyyəsi ilə müqayisə etdikdə, simmetriyanın hansı keçidlərə icazə verildiyini və hansının qadağan olduğunu diktə etdiyini gördülər.

Sadə dillə desək, simmetriya bir şeyin çevrildiyi, çevrildiyi və ya əks olunduğu zaman necə eyni qaldığını təsvir edir. Kvant aləmində molekulun hər bir vəziyyətinin özünəməxsus simmetriyası var və vəziyyətlər arasında keçidlər ciddi simmetriya qaydalarına əməl etməlidir.

Əgər metan molekulunun iki vəziyyəti uyğun gəlməyən simmetriyaya malik idisə, bu iki vəziyyət arasında keçilən müxtəlif yollar bir-birini ləğv edirdi. Bu vəziyyətdə, keçid sadəcə baş vermədi – kərpic divarına aparan bir qapıdan keçməyə çalışmaq kimi. Lakin dövlətlər uyğun simmetriyaya malik olduqda, yollar bir-birini gücləndirdi və keçidlər güclü və aydın görünürdü – otaqlar arasında düzülən qapılar, hamar hərəkətə imkan verirdi. Bu təsdiq etdi ki, kvant müdaxiləsi sadəcə mücərrəd bir anlayış deyil, səthlərdə molekulyar davranışı aktiv şəkildə idarə edir.

İki yarıqlı əlaqə

Müəlliflər öz məqalələrində məşhur ikiqat yarıq təcrübəsi ilə zərif bir bənzətmə çəkirlər , burada elektron kimi hissəciklər iki yarıqdan keçərkən dalğa kimi davranaraq müdaxilə nümunələri yaradırlar, eynilə metan molekullarının burada müdaxilə göstərdiyi kimi (şəklə bax).

Konkret olaraq, tədqiqat molekulların səpilməsində kvant müdaxiləsinin yeni formasını aşkar edir. Səpilmə bucaqlarına təsir edən daha çox tanış olan “difraksiya” müdaxiləsindən fərqli olaraq (ikiqat yarıq təcrübəsində olduğu kimi), buradakı müdaxilə metan molekullarının fırlanma və vibrasiya vəziyyətlərinə təsir göstərərək, bəzi keçidləri boğaraq digərlərini gücləndirdi.

Tədqiqat kvant mexanikasının yaranmasından 100 il sonra – molekul-səth qarşılıqlı təsirlərində kvant dalğası effektlərinin ən bariz nümunələrindən birini nümayiş etdirir, səth kimyası, daha təmiz enerji katalizatorları və səmərəli sənaye proseslərində irəliləyişlərə yol açır. Onlar həmçinin həm fundamental, həm də tətbiqi elmlərdə molekulyar qarşılıqlı əlaqənin tədqiqi üçün yeni çərçivə təmin edir.

Ətraflı məlumat: Christopher S. Reilly, Kvant müdaxiləsi dövlət tərəfindən həll olunan molekul-səthin səpilməsi, Elm (2025). DOI: 10.1126/science.adu1023

Jurnal məlumatı: Elm 

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne tərəfindən təmin edilmişdir