Science >> Wetenschap >  >> Fysica

Studie biedt nieuwe inzichten in het begrijpen en beheersen van de tunneldynamiek in complexe moleculen

De elektronische chip en het Van der Waals-complex met een internucleaire afstand van 0,39 nm. Credits:Ming Zhu, Jihong Tong, Xiwang Liu, Weifeng Yang, Xiaochun Gong, Wenyu Jiang, Peifen Lu, Hui Li, Xiaohong Song &Jian Wu

Tunneling is een van de meest fundamentele processen in de kwantummechanica, waarbij het golfpakket met een bepaalde waarschijnlijkheid een klassiek onoverkomelijke energiebarrière zou kunnen doorkruisen.

Op atomaire schaal spelen tunneleffecten een belangrijke rol in de moleculaire biologie, zoals het versnellen van de enzymkatalyse, het aanzetten tot spontane mutaties in het DNA en het op gang brengen van olfactorische signaalcascades.

Foto-elektronentunneling is een sleutelproces bij door licht geïnduceerde chemische reacties, lading- en energieoverdracht en stralingsemissie. De grootte van opto-elektronische chips en andere apparaten ligt dicht bij de atomaire schaal van sub-nanometer, en de kwantumtunneleffecten tussen verschillende kanalen zouden aanzienlijk worden verbeterd.

De real-time beeldvorming van de elektronentunneldynamiek in complexe moleculen heeft een belangrijke wetenschappelijke betekenis voor het bevorderen van de ontwikkeling van tunneltransistoren en ultrasnelle opto-elektronische apparaten. Het effect van naburige atomen op de elektronentunneldynamiek in complexe moleculen is een van de belangrijkste wetenschappelijke kwesties op het gebied van de kwantumfysica, kwantumchemie, nano-elektronica, enz.

Het door het Ar-atoom uitgezonden elektron wordt eerst gevangen in de zeer aangeslagen transiënte toestanden van het Ar-Kr + voordat het uiteindelijk wordt vrijgegeven aan het continuüm. Een lineair gepolariseerde pomplaserpuls wordt gebruikt om de Ar-Kr + te bereiden ion door e te verwijderen 1 vanaf de Kr-locatie, en een tijdvertraagde elliptisch gepolariseerde sondelaserpuls wordt gebruikt om de door elektronenoverdracht gemedieerde elektronentunneldynamiek te volgen (e2, oranje pijl). Credits:Ming Zhu, Jihong Tong, Xiwang Liu, Weifeng Yang, Xiaochun Gong, Wenyu Jiang, Peifen Lu, Hui Li, Xiaohong Song &Jian Wu

In een artikel gepubliceerd in Light:Science &Applications , ontwierp een team van wetenschappers van Hainan University en East China Normal University een van der Waals-complex Ar-Kr + als een prototypesysteem met een internucleaire afstand van 0,39 nm om de elektronentunneling via het naburige atoom in het systeem op subnanometerschaal te volgen.

De intrinsieke elektronenlokalisatie van de hoogst bezette moleculaire orbitaal van Ar-Kr geeft een voorkeur voor elektronenverwijdering uit de Kr-plaats in de eerste ionisatiestap.

Het site-ondersteunde elektronengat in Ar-Kr + garandeert dat het tweede elektron hoofdzakelijk uit het Ar-atoom wordt verwijderd in de tweede ionisatiestap, waarbij het elektron rechtstreeks naar een continuüm van het Ar-atoom kan tunnelen of als alternatief via het naburige Kr + ionische kern.

In combinatie met de verbeterde Coulomb-gecorrigeerde sterke-veldbenadering (ICCSFA) -methode ontwikkeld door het team, die in staat is om rekening te houden met de Coulomb-interactie onder de potentiaal tijdens het tunnelen, en door de transversale momentumverdeling van de foto-elektronen te monitoren om de tunneldynamiek te volgen , werd ontdekt dat er twee effecten zijn van sterke vangst en zwakke vangst van tunnelende elektronen door naburige atomen.

Dit werk onthult met succes de cruciale rol van naburig atoom bij elektronentunneling in complexe systemen van minder dan nanometer. Deze ontdekking biedt een nieuwe manier om de sleutelrol van het Coulomb-effect diepgaand te begrijpen onder de potentiële barrière in de elektronentunneldynamiek, het genereren van solide hoge harmonischen, en legt een solide onderzoeksbasis voor het onderzoeken en controleren van de tunneldynamiek van complexe biomoleculen. P>

Meer informatie: Ming Zhu et al, Tunneling van elektronen via het naburige atoom, Licht:wetenschap en toepassingen (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01373-2

Journaalinformatie: Licht:wetenschap en toepassingen

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen