Mobile-Menu

Microscopia a effetto tunnel Quale picco corrisponde a quale eccitazione?

Fonte: comunicato stampa Università Christian-Albrechts di Kiel | Tradotto dall'IA 2 min Tempo di lettura

Related Vendor

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Uno stimolo può innescare i processi più disparati all’interno della molecola. Grazie alla microscopia a effetto tunnel, i ricercatori dell’Università Christian-Albrechts di Kiel hanno ora dimostrato come sia possibile classificare gli stati quantistici tramite misurazione: sono le oscillazioni, le variazioni di spin o un cambiamento di orbitale a generare il segnale?

Il dott. Alexander Weismann (a sinistra) e il dott. Arnab Banerjee studiano l'eccitazione delle molecole al microscopio a effetto tunnel.(Immagine: Sophie Humbert, Università di Kiel)
Il dott. Alexander Weismann (a sinistra) e il dott. Arnab Banerjee studiano l'eccitazione delle molecole al microscopio a effetto tunnel.
(Immagine: Sophie Humbert, Università di Kiel)

Le molecole possono essere poste in una grande varietà di stati quantistici. Come è possibile distinguere questi stati nelle misurazioni, se i modelli teorici non sono affidabili? E quale processo di eccitazione sta alla base di ciascun segnale di misura?

Il dott. Arnab Banerjee si è trovato proprio di fronte a queste domande quando ha analizzato singole molecole di cobaltoceno mediante spettroscopia a effetto tunnel. Gli spettri misurati mostravano una varietà sconcertante di eccitazioni. In collaborazione con colleghi dell’Università Christian-Albrechts di Kiel (CAU) e dalla Spagna, è riuscito a decifrare i dati in un modo nuovo. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista «Physical Review Letters» e messi in evidenza dagli editori con un «Editors’ Suggestion».

Cosa si nasconde dietro i picchi

Per il loro studio, gli scienziati hanno esaminato la molecola di cobalto-cene su una superficie di piombo che, a temperature molto basse, diventa superconduttiva, ovvero conduce la corrente senza resistenza. A tal fine, il team ha utilizzato un microscopio a effetto tunnel. Hanno avvicinato la punta metallica dello strumento alla molecola al punto che gli elettroni potessero superare la minuscola distanza che li separava dalla molecola. Modificando l’energia degli elettroni e registrando la corrente che scorreva, i ricercatori hanno ottenuto uno spettro: un aumento repentino della corrente indica che, a quella specifica energia, viene innescato un processo all’interno della molecola. Tuttavia, un singolo picco non è sufficiente a rivelare quale sia esattamente il processo sottostante. La situazione diventa particolarmente complessa quando nello stesso spettro compaiono molte diverse eccitazioni.

Per distinguere i singoli segnali, il team ha introdotto elettroni aggiuntivi nella molecola e li ha poi rimossi. I ricercatori hanno inoltre studiato l’effetto di un forte campo magnetico sui processi di eccitazione. La combinazione di questi due fattori ha infine rivelato il tipo di eccitazione, che si trattasse di un’oscillazione della molecola, di un’inversione dello spin di un elettrone o del passaggio di un elettrone da un orbitale all’altro.

Uno sguardo all’interno della molecola

Le misurazioni non solo mostrano a quali energie si verificano le eccitazioni, ma hanno anche permesso di determinare la distribuzione spaziale della probabilità di eccitazione con risoluzione submolecolare. Un confronto con i risultati di calcoli complessi (teoria funzionale della densità, estensione dipendente dal tempo TDDFT) ha confermato l’attribuzione dei segnali di misura agli stati molecolari coinvolti.

«Le molecole sono sistemi quantistici. Per controllarne gli stati e poterle eventualmente utilizzare come elementi costitutivi dei computer quantistici, le basse temperature sono indispensabili», afferma il dott. Alexander Weismann, coautore dello studio. «Attualmente, il dipartimento di fisica dell’Università di Kiel sta conducendo ricerche all’avanguardia sui fenomeni quantistici nell’ambito del progetto KiNSIS – Kiel Nano, Surface and Interface Science. Spero che la CAU non abbandoni questo campo così promettente».

Pubblicazione originale: Banerjee, A. et al.: Coesistenza di eccitazioni di spin, vibrazionali e orbitali negli spettri di conduttanza, Physical Review Letters 137, 116403 (2026); DOI: 10.1103/mwl6-8nzl

Iscriviti subito alla newsletter

Non perdere i nostri migliori contenuti

Facendo clic su „Iscriviti alla newsletter“, acconsento al trattamento e all'utilizzo dei miei dati secondo il modulo di consenso (espandi per i dettagli) e accetto le condizioni d'uso. Per maggiori informazioni, consulta la nostra politica sulla privacy. La dichiarazione di consenso riguarda, tra l'altro, l'invio di newsletter redazionali via e-mail e il confronto dei dati per finalita di marketing con partner pubblicitari selezionati (ad es. LinkedIn, Google, Meta).

Espandi per i dettagli del tuo consenso

Contenuti correlati