Il tunneling è uno dei processi fondamentali della meccanica quantistica, in cui il pacchetto d'onda potrebbe attraversare una barriera energetica classicamente insormontabile con una certa probabilità.
Su scala atomica, gli effetti tunneling svolgono un ruolo importante nella biologia molecolare, come accelerare la catalisi enzimatica, provocare mutazioni spontanee nel DNA e innescare cascate di segnali olfattivi.
Il tunneling fotoelettronico è un processo chiave nelle reazioni chimiche indotte dalla luce, nel trasferimento di carica ed energia e nell'emissione di radiazioni. Le dimensioni dei chip optoelettronici e di altri dispositivi sono vicine alla scala atomica sub-nanometrica e gli effetti di tunneling quantistico tra i diversi canali verrebbero notevolmente migliorati.
L'imaging in tempo reale delle dinamiche di tunneling degli elettroni in molecole complesse ha un importante significato scientifico per promuovere lo sviluppo di transistor tunneling e dispositivi optoelettronici ultraveloci. L'effetto dell'atomo vicino sulla dinamica del tunneling degli elettroni nelle molecole complesse è una delle questioni scientifiche chiave nei campi della fisica quantistica, della chimica quantistica, della nanoelettronica, ecc.
In un articolo pubblicato su Light:Science &Applications , un team di scienziati dell'Università di Hainan e della East China Normal University ha progettato un complesso di van der Waals Ar-Kr + come sistema prototipo con una distanza internucleare di 0,39 nm per tracciare il tunneling degli elettroni attraverso l'atomo vicino nel sistema su scala sub-nanometrica.
La localizzazione intrinseca degli elettroni dell'orbitale molecolare più occupato di Ar-Kr dà una preferenza alla rimozione degli elettroni dal sito Kr nella prima fase di ionizzazione.
La lacuna elettronica assistita dal sito in Ar-Kr + garantisce che il secondo elettrone venga principalmente rimosso dall'atomo di Ar nella seconda fase di ionizzazione, dove l'elettrone può effettuare un tunnel direttamente nel continuo dall'atomo di Ar o in alternativa attraverso il vicino Kr + nucleo ionico.
In combinazione con il metodo migliorato di approssimazione del campo forte con correzione di Coulomb (ICCSFA) sviluppato dal team, che è in grado di tenere conto dell'interazione di Coulomb sotto il potenziale durante il tunneling e monitorando la distribuzione del momento trasversale del fotoelettrone per tracciare la dinamica del tunneling , si è scoperto che esistono due effetti di cattura forte e cattura debole di elettroni tunnellizzati da parte di un atomo vicino.
Questo lavoro rivela con successo il ruolo critico dell'atomo vicino nel tunneling degli elettroni in sistemi complessi sub-nanometrici. Questa scoperta fornisce un nuovo modo per comprendere a fondo il ruolo chiave dell'effetto Coulomb sotto la barriera potenziale nella dinamica del tunneling degli elettroni, nella generazione di armoniche elevate e pone solide basi di ricerca per sondare e controllare la dinamica del tunneling di biomolecole complesse.
Ulteriori informazioni: Ming Zhu et al, Tunneling degli elettroni attraverso l'atomo vicino, Luce:scienza e applicazioni (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01373-2
Informazioni sul giornale: Luce:scienza e applicazioni
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