Tunneling är en av de mest grundläggande processerna inom kvantmekaniken, där vågpaketet med en viss sannolikhet kan korsa en klassiskt oöverstiglig energibarriär.
På atomär skala spelar tunneleffekter en viktig roll i molekylärbiologin, som att accelerera enzymkatalys, framkalla spontana mutationer i DNA och utlösa luktsignalkaskader.
Fotoelektrontunneling är en nyckelprocess i ljusinducerade kemiska reaktioner, laddnings- och energiöverföring och strålningsemission. Storleken på optoelektroniska chips och andra enheter har legat nära den subnanometerska atomskalan, och kvanttunneleffekterna mellan olika kanaler skulle förstärkas avsevärt.
Realtidsavbildningen av elektrontunnlingsdynamik i komplexa molekyler har viktig vetenskaplig betydelse för att främja utvecklingen av tunneltransistorer och ultrasnabba optoelektroniska enheter. Effekten av angränsande atomer på elektrontunneldynamik i komplexa molekyler är en av de viktigaste vetenskapliga frågorna inom områdena kvantfysik, kvantkemi, nanoelektronik, etc.
I en artikel publicerad i Light:Science &Applications , ett team av forskare från Hainan University och East China Normal University designade ett van der Waals-komplex Ar-Kr + som ett prototypsystem med ett kärnavstånd på 0,39 nm för att spåra elektrontunnlingen via den angränsande atomen i systemet på subnanometerskala.
Den inneboende elektronlokaliseringen av den högsta ockuperade molekylära orbitalen av Ar-Kr ger en preferens för elektronavlägsnande från Kr-stället i det första joniseringssteget.
Platsen assisterade elektronhål i Ar-Kr + garanterar att den andra elektronen huvudsakligen avlägsnas från Ar-atomen i det andra joniseringssteget, där elektronen rakt kan tunneleras till kontinuum från Ar-atomen eller alternativt via den angränsande Kr + jonisk kärna.
I kombination med den förbättrade Coulomb-korrigerade starkfältsapproximationsmetoden (ICCSFA) utvecklad av teamet, som kan ta hänsyn till Coulomb-interaktionen under potentialen under tunnling, och genom att övervaka fotoelektronens transversella momentumfördelning för att spåra tunneldynamiken , upptäcktes det att det finns två effekter av stark infångning och svag infångning av tunnelelektroner av angränsande atom.
Detta arbete avslöjar framgångsrikt den kritiska rollen av angränsande atom i elektrontunnling i sub-nanometer komplexa system. Den här upptäckten ger ett nytt sätt att på djupet förstå nyckelrollen för Coulomb-effekten under den potentiella barriären i elektrontunnlingsdynamiken, generering av solida höga övertoner, och lägger en solid forskningsgrund för att undersöka och kontrollera tunneldynamiken hos komplexa biomolekyler.
Mer information: Ming Zhu et al, Tunnelering av elektroner via den angränsande atomen, Light:Science &Applications (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01373-2
Journalinformation: Ljus:Vetenskap och tillämpningar
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
