Nanostructuren kunnen zo worden ontworpen dat de kwantumopsluiting alleen bepaalde elektronenenergieniveaus toelaat. Onderzoekers van IMDEA Nanociencia, UAM en ICMM-CSIC hebben, Voor de eerste keer, observeerde een discreet patroon van elektronenenergieën in een onbegrensd systeem, wat zou kunnen leiden tot nieuwe manieren om de oppervlakte-eigenschappen van materialen te wijzigen.

Een onderzoeksgroep van IMDEA Nanoscience en Universidad Autónoma de Madrid heeft voor het eerst experimenteel bewijs gevonden dat eendimensionale roosters met periodiciteit op nanoschaal kunnen interageren met de elektronen van een tweedimensionaal gas door hun verschillende golflengten ruimtelijk te scheiden door middel van een fysiek fenomeen dat bekend staat als Bragg-diffractie. Dit fenomeen is algemeen bekend voor golfvoortplanting en is verantwoordelijk voor de iriserende kleur die wordt waargenomen bij belichting van een CD-oppervlak. Door de golf-deeltjes dualiteit voorgesteld door De Broglie in 1924, elektronen vertonen ook een golfachtig gedrag en, dus, diffractie verschijnselen. Werkelijk, de waarneming dat vrije elektronen met lage energie diffractieprocessen ondergaan na interactie met goed geordende atomaire roosters op vaste oppervlakken was de eerste experimentele bevestiging van de dualiteit van golven en deeltjes. Tweedimensionale elektronen gebonden aan vaste oppervlakken, natuurlijk, vertonen ook golfachtig gedrag dat in de jaren 90 direct kon worden gevisualiseerd door Scanning Tunneling Microscopy. Echter, de waarneming van Bragg-diffractie in dergelijke systemen was tot nu toe ongrijpbaar gebleven.

In dit nieuwe werk gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , de groep onder leiding van Roberto Otero bouwde een diffractierooster met nanometerperiodiciteit door zelfassemblage van organische moleculen op een koperoppervlak. Via lage-temperatuur scanning tunneling microscopie, de onderzoekers observeerden de stationaire golven veroorzaakt door de interferentie tussen elektronen die bij het diffractierooster aankomen en de elektronen die erdoor worden gereflecteerd, waardoor de onderzoekers experimenteel bewijs voor Bragg-diffractie konden vinden. Bovendien, de auteurs ontdekten dat hun resultaten niet alleen diffractieverschijnselen weerspiegelen, maar ook dat elektronen er de voorkeur aan geven een interactie aan te gaan met het rooster zodat hun invalsrichting wordt omgekeerd.

De gelijktijdige overweging van beide effecten heeft ertoe geleid dat de auteurs concluderen dat een discretisatie van de energieniveaus zou moeten plaatsvinden, vergelijkbaar met degene die plaatsvindt wanneer de beweging van het elektron ruimtelijk beperkt is. De discretisatie van de energieniveaus bij opsluiting is een van de belangrijkste kenmerken van de kwantummechanica, met veel toepassingen in nanowetenschap en nanotechnologie, en stelt onderzoekers momenteel in staat om de optische en elektronische eigenschappen van nanoschaalsystemen te controleren. De resultaten in deze publicatie, dus, kan nieuwe wegen openen om nieuwe materialen en apparaten te fabriceren die kwantumeigenschappen vertonen zonder kwantumopsluiting.