Исследования столкновений молекул с поверхностями демонстрируют, что за кажущимся хаосом скрываются строгие законы квантовой механики, отмечающие столетие её открытия. Результаты, опубликованные в журнале Science, подтверждают значимость квантового интерференционного эффекта и симметрии в управлении молекулярным поведением.
При взаимодействии молекул с атомами поверхности происходит обмен энергией и импульсом, причем стандартные принципы классической физики оказываются недостаточными для описания столь сложных процессов. Именно квантовые эффекты позволяют объяснить усиление или ослабление отдельных энергетических переходов.
Группа Раинера Бека из EPFL совместно с учеными из Германии и Соединенных Штатов применила лазерную технологию для контроля квантовых состояний метана (CH4). С использованием насоса-лазера молекулы переводили в конкретное вибрационно-вращательное состояние перед их направлением на поверхность.
Подготовленные молекулы метана направлялись к специально обработанной золотой поверхности Au(111), отличающейся атомарной гладкостью и химической инертностью. Ультра-высокий вакуум, в котором проводились эксперименты, исключал влияние внешних загрязнений, гарантируя чистоту наблюдаемых эффектов.
Квантовый интерференционный эффект проявляется через перекрытие различных маршрутов, по которым могут двигаться молекулы. При несовместимости симметрий квантовых состояний интерференционные пути полностью компенсируются, препятствуя переходу, тогда как совместимые состояния приводят к усилению эффектов и появлению четких переходов.
Аналогия с классическим экспериментом с двойной щелью помогает визуализировать наблюдаемые эффекты: в отличие от влияния интерференции на угловое распределение частиц, здесь она определяет вращательные и вибрационные состояния молекул, непосредственно влияя на дальнейшую динамику столкновений.
После взаимодействия квантовое состояние молекул определялось с помощью тэгирующего лазера, настроенного на конкретные энергетические уровни. Измерения проводились по изменению температуры с помощью высокочувствительного болометра, что позволило точно зафиксировать квантовые переходы после столкновения.
Наблюдаемые интерференционные картины подтверждают, что квантовая интерференция и симметрия играют решающую роль в процессах обмена энергией и импульсом между молекулами и поверхностями. Полученные данные открывают новые возможности для разработки технологий в области поверхностной химии, создания более эффективных катализаторов и оптимизации промышленных процессов.
Изображение носит иллюстративный характер
При взаимодействии молекул с атомами поверхности происходит обмен энергией и импульсом, причем стандартные принципы классической физики оказываются недостаточными для описания столь сложных процессов. Именно квантовые эффекты позволяют объяснить усиление или ослабление отдельных энергетических переходов.
Группа Раинера Бека из EPFL совместно с учеными из Германии и Соединенных Штатов применила лазерную технологию для контроля квантовых состояний метана (CH4). С использованием насоса-лазера молекулы переводили в конкретное вибрационно-вращательное состояние перед их направлением на поверхность.
Подготовленные молекулы метана направлялись к специально обработанной золотой поверхности Au(111), отличающейся атомарной гладкостью и химической инертностью. Ультра-высокий вакуум, в котором проводились эксперименты, исключал влияние внешних загрязнений, гарантируя чистоту наблюдаемых эффектов.
Квантовый интерференционный эффект проявляется через перекрытие различных маршрутов, по которым могут двигаться молекулы. При несовместимости симметрий квантовых состояний интерференционные пути полностью компенсируются, препятствуя переходу, тогда как совместимые состояния приводят к усилению эффектов и появлению четких переходов.
Аналогия с классическим экспериментом с двойной щелью помогает визуализировать наблюдаемые эффекты: в отличие от влияния интерференции на угловое распределение частиц, здесь она определяет вращательные и вибрационные состояния молекул, непосредственно влияя на дальнейшую динамику столкновений.
После взаимодействия квантовое состояние молекул определялось с помощью тэгирующего лазера, настроенного на конкретные энергетические уровни. Измерения проводились по изменению температуры с помощью высокочувствительного болометра, что позволило точно зафиксировать квантовые переходы после столкновения.
Наблюдаемые интерференционные картины подтверждают, что квантовая интерференция и симметрия играют решающую роль в процессах обмена энергией и импульсом между молекулами и поверхностями. Полученные данные открывают новые возможности для разработки технологий в области поверхностной химии, создания более эффективных катализаторов и оптимизации промышленных процессов.
