Nanostrukturer kan utformas så att kvantinneslutningen endast tillåter vissa elektronenerginivåer. Forskare från IMDEA Nanociencia, UAM och ICMM-CSIC har, för första gången, observerat ett diskret mönster av elektronenergier i ett obegränsat system, vilket kan leda till nya sätt att modifiera materialets ytegenskaper.

En forskargrupp från IMDEA Nanoscience och Universidad Autónoma de Madrid har för första gången funnit experimentella bevis på att endimensionella galler med nanoskala periodicitet kan interagera med elektronerna från en tvådimensionell gas genom att rumsligt separera sina olika våglängder med hjälp av ett fysiskt fenomen som kallas Bragg diffraktion. Detta fenomen är välkänt för vågutbredning i allmänhet och är ansvarigt för den iriserande färg som observeras vid belysning av en CD-yta. På grund av den vågpartikel-dualitet som De Broglie föreslog 1924, elektroner uppvisar också ett vågliknande beteende och, Således, diffraktionsfenomen. Faktiskt, observationen att lågenergifria elektroner genomgår diffraktionsprocesser vid interaktion med välordnade atomgaller på fasta ytor var den första experimentella bekräftelsen på vågpartikeldualiteten. Tvådimensionella elektroner bundna till fasta ytor, självklart, presenterar också vågliknande beteende som direkt kan visualiseras på 90-talet med skanningstunnelmikroskopi. Dock, observation av Bragg -diffraktion i sådana system hade förblivit hittills svårfångade.

I detta nya arbete, publicerad i Fysiska granskningsbrev , gruppen som leds av Roberto Otero byggde ett diffraktionsgaller med nanometerperiodicitet genom självmontering av organiska molekyler på en kopparyta. Via tunnelmikroskopi med skanning vid låg temperatur, forskarna observerade de stationära vågorna som orsakas av interferensen mellan elektroner som anländer till diffraktionsgallret och de som reflekteras av det, vilket gjorde det möjligt för forskarna att hitta experimentella bevis för Bragg -diffraktion. Dessutom, författarna fann att deras resultat inte bara speglar diffraktionsfenomen, men också att elektroner föredrar att interagera med gitteret så att deras förekomstriktning vänds.

Samtidigt övervägande av båda effekterna har fått författarna att dra slutsatsen att en diskretisering av energinivåerna bör ske, liknande den som äger rum när elektronens rörelse är rymdmässigt begränsad. Diskretiseringen av energinivåerna vid inneslutning är en av de viktigaste kännetecknen för kvantmekanik, med många tillämpningar inom nanovetenskap och nanoteknik, och tillåter för närvarande forskare att kontrollera de optiska och elektroniska egenskaperna hos system i nanoskala. Resultaten i denna publikation, Således, kan öppna nya vägar för att tillverka nya material och anordningar som visar kvantegenskaper utan kvantinneslutning.