Una molecola, tanti segnali: come i ricercatori distinguono i diversi stimoli
Quale processo di eccitazione sta alla base di ciascun segnale di misura?
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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? Quale processo di eccitazione si cela dietro a quale segnale di misura?
Il dottor Arnab Banerjee si è trovato di fronte proprio a queste domande quando ha studiato singole molecole di cobaltocene mediante spettroscopia a effetto tunnel. Gli spettri misurati mostravano una varietà sconcertante di eccitazioni. Insieme a quattro colleghi di Kiel e San Sebastián (Spagna), è riuscito a decifrare i dati in un modo nuovo. I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista «Physical Review Letters» e messi in evidenza dagli editori con un «Editors’ Suggestion».
Cosa si nasconde dietro i picchi
È stata studiata 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. Ne hanno avvicinato la punta metallica 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, si innesca un processo nella molecola. Tuttavia, un singolo picco non basta a rivelare quale processo si celi esattamente dietro di esso, e la situazione diventa particolarmente confusa quando nello stesso spettro compaiono molte eccitazioni diverse.
Per distinguere i segnali, il team ha fatto entrare e uscire elettroni dalla molecola, esaminando inoltre l’effetto di un forte campo magnetico. La combinazione di questi due fattori rivela il tipo di eccitazione, che si tratti di un’oscillazione della molecola, di un’inversione dello spin di un elettrone o del salto di un elettrone tra diversi orbitali.
Uno sguardo all’interno della molecola
Le misurazioni non solo indicano a quali energie si verificano le eccitazioni. È stata determinata anche la distribuzione spaziale della probabilità di eccitazione con risoluzione submolecolare. Confrontando i risultati con quelli di calcoli complessi (teoria funzionale della densità, estensione dipendente dal tempo TDDFT), è stata ulteriormente confermata l’attribuzione dei segnali di misura agli stati molecolari coinvolti.
«Le molecole sono sistemi quantistici. Per controllarne gli stati e utilizzarle eventualmente come elementi costitutivi dei computer quantistici, le basse temperature sono indispensabili», afferma il dott. Alexander Weismann, coautore dello studio. «Attualmente, il dipartimento di fisica di Kiel sta conducendo ricerche all’avanguardia sui fenomeni quantistici nell’ambito di KiNSIS – Kiel Nano, Surface and Interface Science. Spero che la CAU non abbandoni questo campo così promettente».
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
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