Kimyəvi enerjinin istehsalı və saxlanması ilə bağlı müxtəlif texnoloji tətbiqlərdə atomlar və molekullar metal səthlərdə yayılır və reaksiya verirlər. Bu hərəkəti təqlid etmək və proqnozlaşdırmaq bacarığı materialın deqradasiyasını, kimyəvi seçiciliyi başa düşmək və katalitik reaksiyaların şərtlərini optimallaşdırmaq üçün çox vacibdir. Bunun mərkəzində atomların tərkib hissələrinin: elektronların və nüvələrin düzgün təsviri dayanır.

Elektron inanılmaz dərəcədə yüngüldür – onun kütləsi hətta ən yüngül nüvənin kütləsindən təxminən 2000 dəfə kiçikdir. Bu kütləvi bərabərsizlik elektronların nüvə mövqelərindəki dəyişikliklərə sürətlə uyğunlaşmasına imkan verir ki, bu da adətən tədqiqatçılara atom hərəkətinin sadələşdirilmiş “adiabatik” təsvirindən istifadə etməyə imkan verir.

Bu, əla yaxınlaşma ola bilsə də, bəzi hallarda elektronlar nüvə hərəkətindən o dərəcədə təsirlənir ki, biz bu sadələşdirmədən imtina etməli və elektronların və nüvələrin dinamikası arasındakı əlaqəni hesablamalıyıq ki, bu da “qeyri-adiabatik effektlər” adlanan nəticəyə gətirib çıxarır.

Xüsusilə metallara aid olan qeyri-adiabatik effektin bir növü elektron sürtünmə adlanır. Bu, atomların və molekulların metallara yapışma ehtimallarına, onların vibrasiya vasitəsilə enerjini yayma sürətinə və metal səthlərdə yayılma sürətinə təsir göstərir. Əgər nüvələr klassik hissəciklər olsaydı, bu hadisəni metal mühitdə hərəkət edən elektronların nüvələrə sürtünmə qüvvəsi göstərməsi kimi təsvir etmək olar.

Bununla belə, atom nüvələri hərəkəti gündəlik intuisiyamıza uyğun gəlməyən və kompüterdə simulyasiya etməkdə çətinlik çəkən kvant obyektləridir . Klassik obyektlərdən fərqli olaraq, atom nüvələri sıfır nöqtəli enerjiyə malikdir və bu, onların potensial enerji quyusundan qaçmasını asanlaşdırır.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=308666314&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1749039897&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-06-memory-quantum-atomic-motion-metals.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM3LjAuNzE1MS41NyIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTM3LjAuNzE1MS41NyJdLFsiQ2hyb21pdW0iLCIxMzcuMC43MTUxLjU3Il0sWyJOb3QvQSlCcmFuZCIsIjI0LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1749039897149&bpp=3&bdt=273&idt=-M&shv=r20250602&mjsv=m202506030101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749039723%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749039723%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1749039723%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=3166344892848&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=3&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1900&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=95353387%2C31092827%2C42533293%2C95344787%2C95362173&oid=2&pvsid=7277087442946181&tmod=252968925&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fpage2.html&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=5&uci=a!5&btvi=1&fsb=1&dtd=199

Onlar həmçinin ətrafdakı maneəni aşmaq üçün kifayət qədər enerjiyə malik olmadıqda belə quyunu tərk edərək kvant tunelinə məruz qala bilərlər. Bu təsirlər kimyəvi reaksiya sürətlərini böyüklük sırasına görə dəyişir və etibarlı fiziki fikir əldə etmək üçün simulyasiyalara daxil edilməlidir.

Physical Review Letters jurnalında dərc olunmuş son işlərində Corc Trenins və Mariana Rossi elektron sürtünməni kvant mexanikasının inteqral formuluna əsaslanan nüvə kvant effektlərinin simulyasiyası üçün praktiki metodologiya ilə birləşdirməyə müvəffəq oldular. Əsas odur ki, onların yanaşması təkcə atomların indiki vəziyyətindən deyil, həm də keçmişdə izlədikləri trayektoriyadan asılı olan sürtünmə qüvvələrini təsvir edə bilər.

“Yaddaş” kimi tanınan bu xüsusiyyətin sıfır nöqtəli enerji effektləri ilə birləşməsi tədqiqatçılara əvvəlki klassik simulyasiyalar və eksperimental nəticələr arasında gözlənilməz razılaşmanı izah etməyə imkan verdi.

“Bizim yanaşmamız düzgün səbəbə görə düzgün cavabı əldə etməyi hədəfləyir” deyir Trenins. “Kvant nüvələri və elektron sürtünmə arasındakı qarşılıqlı əlaqəni ələ keçirməklə biz keçirici səthlərdə enerji mübadiləsi haqqında dərin fikir əldə edə və tək atomlu ərintilər və iki ölçülü materiallar kimi yeni heterojen katalizatorların dizaynına kömək edə bilərik.”

Rossi əlavə edir: “Daha mürəkkəb sistemlərə tam ölçülülükdə tətbiq oluna bilən bir metodun olması mütləq həyəcanvericidir. Bu, bizə əvvəllər bu cür simulyasiyalara uyğun olmayan sistemlərdə bu effektləri araşdırmağa imkan verəcək.”

Daha çox məlumat: George Trenins et al, Elektron sürtünmə ilə hidrogen diffuziyasının kvant dərəcəsi hesablamalarında qeyri-Markovian effektləri, Fiziki baxış məktubları (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.226201

Jurnal məlumatı: Fiziki baxış məktubları 

Max Planck Cəmiyyəti tərəfindən təmin edilmişdir