In questa immagine al microscopio le molecole di ftalocianina di piombo su una superficie di piombo superconduttore appaiono come quadrifogli. Le vibrazioni di queste molecole sono state studiate con il nuovo metodo. Credito:Jan Homberg
Nelle molecole, gli atomi vibrano con schemi e frequenze caratteristici. Le vibrazioni sono quindi uno strumento importante per lo studio di molecole e processi molecolari come le reazioni chimiche. Sebbene i microscopi a scansione a effetto tunnel possano essere utilizzati per visualizzare singole molecole, le loro vibrazioni sono state finora difficili da rilevare.
I fisici dell'Università di Kiel (Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, CAU) hanno ora inventato un metodo con cui i segnali di vibrazione possono essere amplificati fino a un fattore 50. Inoltre, hanno aumentato considerevolmente la risoluzione della frequenza. Il nuovo metodo migliorerà la comprensione delle interazioni nei sistemi molecolari e ulteriori metodi di simulazione. Il team di ricerca ha ora pubblicato i risultati sulla rivista Physical Review Letters .
La scoperta del Dr. Jan Homberg, del Dr. Alexander Weismann e del Prof. Dr. Richard Berndt dell'Istituto di Fisica Sperimentale e Applicata, si basa su uno speciale effetto quantomeccanico, il cosiddetto "tunnel anelastico". Gli elettroni che passano attraverso una molecola nel loro percorso da una punta di metallo alla superficie del substrato nel microscopio a effetto tunnel possono rilasciare energia alla molecola o prelevare energia da essa. Questo scambio di energia avviene in porzioni determinate dalle proprietà della rispettiva molecola.
Normalmente, questo trasferimento di energia avviene solo raramente ed è quindi difficile da misurare. Per amplificare il segnale di misura e raggiungere contemporaneamente una risoluzione ad alta frequenza, il team del CAU ha utilizzato una proprietà speciale delle molecole sui superconduttori che avevano precedentemente scoperto:opportunamente disposte, le molecole mostrano uno stato negli spettri che appare a forma di ago, molto alta ed estremamente acuta:la cosiddetta risonanza Yu-Shiba-Rusinov.
Il modello mostra la disposizione molecolare su un substrato di piombo. Credito:Jan Homberg
Gli esperimenti sono stati supportati dal lavoro teorico di Troels Markussen della società di software Synopsis di Copenaghen. + Esplora ulteriormente
