De nouvelles recherches révèlent de nouvelles informations sur la dynamique de l’effet tunnel électronique à l’échelle inférieure au nanomètre. En utilisant un complexe de van der Waals, Ar-Kr+, et une approche innovante de suivi de la dynamique de l’effet tunnel, la recherche met en évidence l’influence cruciale des atomes voisins dans l’effet tunnel quantique. Ces travaux ont des implications importantes pour la physique quantique, la nanoélectronique et l’étude des biomolécules complexes.
Le tunneling est un processus fondamental en mécanique quantique, impliquant la capacité d’un paquet d’ondes à franchir une barrière énergétique qui serait impossible à surmonter par des moyens classiques. Au niveau atomique, ce phénomène d’effet tunnel influence considérablement la biologie moléculaire. Il aide à accélérer les réactions enzymatiques, provoque des ADN mutations et initie les séquences d’événements qui conduisent au sens de l’odorat.
L’effet tunnel photoélectronique est un processus clé dans les réactions chimiques induites par la lumière, le transfert de charge et d’énergie et l’émission de rayonnements. La taille des puces optoélectroniques et autres dispositifs est proche de l’échelle atomique inférieure au nanomètre, et les effets tunnel quantiques entre les différents canaux seraient considérablement améliorés.
La puce électronique et le complexe Van der Waals avec une distance internucléaire de 0,39 nm. Crédits : Ming Zhu, Jihong Tong, Xiwang Liu, Weifeng Yang, Xiaochun Gong, Wenyu Jiang, Peifen Lu, Hui Li, Xiaohong Song et Jian Wu
L’imagerie en temps réel de la dynamique complexe de l’effet tunnel des électrons revêt une importance scientifique importante pour promouvoir le développement de transistors à effet tunnel et de dispositifs optoélectroniques ultrarapides. L’effet des atomes voisins sur la dynamique du tunnel électronique dans le complexe est l’une des questions scientifiques clés dans les domaines de la physique quantique, de la chimie quantique, de la nanoélectronique, etc.
Développements récents en recherche
Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applicationsune équipe de scientifiques de l’Université de Hainan et de l’Université normale de Chine orientale a conçu un complexe van der Waals Ar-Kr+ comme système prototype avec une distance internucléaire de 0,39 nm pour suivre le tunnel électronique via le voisin atome dans le système d’échelle sub-nanométrique.
L’électron émis par l’atome Ar est d’abord piégé dans les états transitoires hautement excités de l’Ar-Kr+* avant d’être finalement libéré dans le continuum. Une impulsion laser de pompe polarisée linéairement est utilisée pour préparer l’ion Ar-Kr + en supprimant e1 du site Kr, et une impulsion laser de sonde à polarisation elliptique retardée est utilisée pour suivre la dynamique de tunnel électronique médiée par le transfert d’électrons (e2, flèche orange). Crédits : Ming Zhu, Jihong Tong, Xiwang Liu, Weifeng Yang, Xiaochun Gong, Wenyu Jiang, Peifen Lu, Hui Li, Xiaohong Song et Jian Wu
La localisation électronique intrinsèque de l’orbitale moléculaire occupée la plus élevée de Ar-Kr donne une préférence pour l’élimination des électrons du site Kr lors de la première étape d’ionisation. Le trou électronique assisté par site dans Ar-Kr+ garantit que le deuxième électron est principalement retiré de l’atome d’Ar lors de la deuxième étape d’ionisation, où l’électron peut directement passer par tunnel vers le continuum à partir de l’atome d’Ar ou alternativement via le Kr voisin.+ noyau ionique.
En combinaison avec la méthode améliorée d’approximation de champ fort corrigée par Coulomb (ICCSFA) développée par l’équipe, qui est capable de prendre en compte l’interaction coulombienne sous le potentiel pendant le tunneling, et en surveillant la distribution du moment transversal des photoélectrons pour suivre la dynamique du tunneling , on a ensuite découvert qu’il existe deux effets de capture forte et de capture faible d’électrons tunnel par un atome voisin.
Ce travail révèle avec succès le rôle critique des atomes voisins dans l’effet tunnel électronique dans les systèmes complexes subnanométriques. Cette découverte offre une nouvelle façon de comprendre en profondeur le rôle clé de l’effet Coulomb sous la barrière de potentiel dans la dynamique de tunnel électronique, la génération solide d’harmoniques élevées, et établit une base de recherche solide pour sonder et contrôler la dynamique de tunnel de biomolécules complexes.
L’étude a été financée par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, la Fondation provinciale des sciences naturelles de Hainan en Chine, les fonds de recherche fondamentale des universités centrales et le Centre sino-allemand pour la promotion de la recherche.
