Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Yang Yong dell'Istituto di Scienze Fisiche Hefei dell'Accademia Cinese delle Scienze ha rivelato il ruolo del vicino adsorbato e del tunneling quantistico nella diffusione dell'idrogeno su una superficie di grafene, che apre una possibile strada per una precisione ultraelevata misurazione basata su sistemi atomici, in particolare, esplorando l'esistenza di una lunghezza minima.
I risultati sono pubblicati su The Journal of Physical Chemistry C .
L’idrogeno, l’elemento più leggero, mostra nei suoi processi dinamici il movimento quantistico noto come effetto quantistico nucleare. Lo studio condotto dal team di Yang dimostra il ruolo cruciale del tunneling quantistico nell'attivazione dei processi di dissociazione e diffusione dell'idrogeno sulle superfici di rame. Sulle superfici di grafene l'idrogeno mostra diversi stati di aggregazione a seconda della copertura.
Per studiare la diffusione dell'idrogeno in vari stati di aggregazione su una superficie di grafene, i ricercatori hanno utilizzato i calcoli dei principi primi insieme al metodo della matrice di trasferimento. Hanno esaminato gli effetti di tunneling quantistico sulla diffusione dell'idrogeno calcolando probabilità di trasmissione, costanti di velocità e coefficienti di diffusione, considerando gli atomi di idrogeno rispettivamente come particelle classiche e quantistiche.
L'adsorbimento degli atomi di idrogeno sui siti di adsorbimento vicini cambierà in modo significativo le proprietà cinetiche degli atomi di idrogeno che diffondono su una superficie di grafene. Si è scoperto che l'interazione tra atomi di idrogeno vicini è un fattore chiave che porta alla variazione dell'altezza della barriera di diffusione.
Nella diffusione degli atomi di idrogeno in diversi stati di aggregazione, il confronto tra la probabilità di diffusione, la costante di velocità di reazione e il coefficiente di diffusione dell'idrogeno come particella classica e particelle quantistiche mostra che il tunneling quantistico gioca un ruolo chiave nella diffusione a temperatura ambiente e al di sotto. Anche nella regione con temperature più elevate (intorno ai 600 K), il contributo non è trascurabile.
"I nostri risultati forniscono nuove informazioni sulla comprensione delle dinamiche di diffusione degli atomi di idrogeno sulla superficie del grafene", ha affermato il prof. Yang.
Ulteriori informazioni: Yangwu Tong et al, Diffusione dell'idrogeno sulla superficie del grafene:gli effetti del vicino adsorbato e del tunneling quantistico, The Journal of Physical Chemistry C (2024). DOI:10.1021/acs.jpcc.3c05315
Informazioni sul giornale: Giornale di chimica fisica C
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
