نانوساختارها را می‌توان به گونه‌ای مهندسی کرد تا محدود‌شدگی کوانتومی تنها امکان وجود سطوح انرژی الکترونیِ معینی را فراهم کند. به عنوان مثال یک چاه کوانتومی الکترون‌ها را مابین دو بین‌سطحی محدود کرده و دیگرِ الکترون‌ها را بجز مجموعه‌ی ویژه‌ای از طول‌موج‌های الکترونی خارج می‌کند. اکنون آلبرتو مارتین-خیمینز از علوم نانوی IMDEA در اسپانیا و همکارانش الگویی از انرژی‌های الکترونی گسسته را در یک سیستم محدودنشده مشاهده کرده‌اند که می‌تواند به روشی جدید در ساخت‌ ابعاد نانو و ظهور راه‌هایی نو جهت تغییر ویژگی‌های سطحی مواد منجر شود.

این تیم با مطالعه‌ی اینکه چگونه الکترون‌های سطحی جذب مولکولی را افزایش می‌دهند، موفق شده‌اند تا «جزیره‌های» ترکیبی بر روی یک سطح مسی دست‌نخورده بسازند. آزمون‌هایی که توسط میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی انجام یافته به شکل شگفت‌آوری از یک موج پایدار ایستاده‌ی چگالیِ الکترونی پرده برداشته‌‌ که دلالت بر الکترون‌های با انرژی‌های گسسته در نزدیکی هر ساختار دارد که شامل تنها یک مانع خطی است. انتظار نمی‌رود لبه‌های جزیره این اثر را تولید کنند. به نظر می‌رسد بدون محدود‌شدگی کوانتومی، الکترون‌ها گستره‌ی پیوسته‌ای از انرژی‌ها را بخود می‌گیرند. به زعم این تیم، این الگو با تداخل بین الکترون‌های فرودی و آن‌هایی که از جزیره‌ پراکنده شده‌اند رخ می‌دهد که شبیه یک توریِ پراش عمل می‌کند.

چون چگالی الکترونی، ویژگی‌های سطح یک ماده را کنترل می‌کند، این کار می‌تواند راهی جدید برای تحت‌تاثیر قرار دادن پدیده‌هایی مثل واکنش‌های شیمیاییِ سطحی، بازتاب اپتیکی و رسانندگی الکتریکی فراهم کند. چگالی الکترونی همچنین چگونگی جذب اتم‌ها در سطح را تحت تاثیر قرار می‌دهد. بنابراین می توان از فناوری‌های ساخت در ابعاد نانو مثل نهشت لایه‌ی اتمی برای تولید ساختارهایی استفاده کرد که تناوب موج ایستاده‌ی اصلی را منعکس می‌کنند.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریویو لترز به چاپ رسیده است.

نویسنده:

ماریس استفن نویسنده‌ی آزاد علمی در بریستول بریتانیاست.

منبع:

Unconfined Electrons Exhibit Discrete Energy Levels