首次可视化热电子的量子行为

该研究结果是朝着能够操纵和控制高能量或“热”电子的量子行为迈出的有希望的一步 - 这对于未来的高效太阳能电池和原子工程系统(包括提出的量子计算设备)非常重要。

该团队与伯明翰大学的同事合作，使用扫描隧道显微镜将电子注入硅表面，用甲苯分子装饰。当电子从尖端位置穿过表面传播时，它们诱导甲苯分子反应并从表面“抬起”。

通过测量分子移动的精确原子位置，研究小组确定电子在前七个纳米行程中保持其初始轨迹或量子态，然后在它们受到干扰之前进行随机散射，就像针中的球一样 - 球机。本质上是从量子系统到经典系统的转变。

来自巴斯大学的Peter Sloan博士说：“由于寿命短，大约百万分之十亿分之一秒，因此很难观察到热电子。这种可视化技术为我们提供了新的理解水平。我们惊讶地发现，最初的量子轨迹保持完整的时间足够长，以使单个电子在直径为15纳米的圆盘上“展开”。

“量子物理学要求电子表现为波。就像一块鹅卵石落入一个静止的池塘中形成了同心环，它们会在最初的七纳米内形成，所以热电子也是如此。在我们将它注入表面后，电子开始时是一个直径小于纳米的微小物体，然后它平静地传播出来，变得越来越大，当它受到干扰时(失去其原始的量子性质)它达到了这个尺寸一系列直径为15纳米的环。这似乎很小，但在原子和分子的规模上，这实际上是一个巨大的尺寸。“

伯明翰大学的Richard Palmer教授解释说：“这些研究结果至关重要，是在室温下进行的。他们表明，在接近绝对零温度(-273°C)时易于接近的电子的量子行为在更温和的室温条件和超过15纳米的尺度下持续存在。这些研究结果表明，未来的原子级量子装置可以在不需要液体氦冷却剂的情况下工作。“

现在团队开发了可视化量子传输的方法，目标是了解如何控制和操纵电子的初始量子态。正如帕尔默教授所说：“能够操纵热电子行为的意义是深远的; 从提高太阳能效率，到改善癌症治疗放射治疗的目标。“