El proceso de túnel es uno de los más fundamentales en la mecánica cuántica, donde un paquete de ondas puede atravesar una barrera energéticamente imposible con una cierta probabilidad.
A nivel atómico, los efectos del túnel juegan un papel importante en la biología molecular, como la aceleración catalítica de enzimas, las mutaciones espontáneas en el ADN y la iniciación de cascadas de señales odoríferas.
El túnel de fotoelectrones es un proceso clave en reacciones químicas inducidas por la luz, la transferencia de carga y energía, y la emisión de radiación. El tamaño de los sistemas optoelectrónicos y otros sistemas ha alcanzado la escala subnanométrica, lo que aumenta considerablemente los efectos de túnel cuántico entre diferentes canales.
La monitorización en tiempo real de los efectos dinámicos del túnel electrónico en moléculas complejas es de gran importancia científica para el desarrollo de transistores de túnel y dispositivos optoelectrónicos ultracortos. El efecto de los átomos vecinos en la dinámica del túnel electrónico en moléculas complejas es uno de los problemas científicos clave en los campos de la física cuántica, la química cuántica, la nanoelectrónica, etc.
En un artículo publicado en la revista Light: Science & Applications, un equipo de científicos de la Universidad de Hainan y de la Universidad Normal de China diseñó un complejo de Ar-Kr+ de van der Waals como un sistema prototipo con una distancia interatómica de 0,39 nm para rastrear el túnel electrónico a través de un átomo vecino en un sistema de escala subnanométrica.
Combinado con el método de corrección de Coulomb mejorado del equipo (ICCSFA), que tiene en cuenta la interacción de Coulomb en el potencial durante el túnel, y la monitorización de la distribución del momento transversal de los fotoelectrones para rastrear la dinámica del túnel, se descubrió que existen dos efectos de túnel electrónico fuerte y débil a través del átomo vecino.
Este descubrimiento revela el papel significativo de los átomos vecinos en el túnel electrónico en sistemas subnanométricos complejos. Abre un nuevo camino hacia una comprensión más profunda del papel clave del efecto Coulomb durante el túnel electrónico, la generación de armónicos sólidos de orden superior y establece una sólida base de investigación para sondear y controlar la dinámica del túnel en biomoléculas complejas.
Más información:
Ming Zhu et al, Tunnelling of electrons via the neighboring atom, Light: Science & Applications (2024). DOI: 10.1038/s41377-023-01373-2
Fuente:
Academia China de Ciencias
Preguntas frecuentes:
1. ¿Qué es el túnel cuántico?
El túnel cuántico es un proceso fundamental en la mecánica cuántica donde un paquete de ondas puede atravesar una barrera de energía que sería clásicamente impenetrable. Es un fenómeno en el que una partícula tiene la posibilidad de «saltar» sobre la barrera, a pesar de no tener suficiente energía para superarla.
2. ¿Cuál es la importancia del túnel en la biología molecular?
El túnel cuántico desempeña un papel importante en la biología molecular, como la aceleración catalítica de enzimas, las mutaciones espontáneas en el ADN y la iniciación de cascadas de señales odoríferas.
3. ¿Qué es el túnel de fotoelectrones?
El túnel de fotoelectrones es un proceso clave en reacciones químicas inducidas por la luz, que involucra la transferencia de carga y energía, y la emisión de radiación. En este tipo de túnel, los electrones pasan a través de una barrera de energía bajo la influencia de la luz.
4. ¿Por qué es importante la monitorización del túnel electrónico?
La monitorización en tiempo real de los efectos dinámicos del túnel electrónico en moléculas complejas tiene gran importancia científica para el desarrollo de transistores de túnel y dispositivos optoelectrónicos ultracortos. Es crucial para comprender mejor la dinámica del túnel y estudiar su impacto en varios sistemas.
5. ¿Qué sistema prototipo se utilizó en la investigación?
En el artículo publicado, el equipo de científicos de la Universidad de Hainan y de la Universidad Normal utilizó un complejo de Ar-Kr+ de van der Waals como sistema prototipo a escala subnanométrica.
6. ¿Qué descubrimiento se hizo?
El estudio reveló la existencia de dos efectos de túnel electrónico: túnel fuerte y túnel débil a través del átomo vecino. Este descubrimiento revela el papel significativo de los átomos vecinos en el túnel electrónico en sistemas subnanométricos complejos.
7. ¿Cuáles son las implicaciones adicionales de este descubrimiento?
Este descubrimiento abre un nuevo camino hacia una comprensión más profunda del papel clave del efecto Coulomb durante el túnel electrónico y la generación de armónicos sólidos de orden superior. También proporciona una base sólida para investigaciones futuras sobre la sondeación y control de la dinámica del túnel en biomoléculas complejas.
Enlaces relacionados:
– Light: Science & Applications (fuente del artículo)
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