O processo de tunelamento é um dos processos mais fundamentais na mecânica quântica, onde um pacote de ondas pode passar por uma barreira energeticamente intransponível com uma certa probabilidade.
Na escala atômica, os efeitos de tunelamento desempenham um papel importante na biologia molecular, como a aceleração catalítica de enzimas, mutações espontâneas no DNA e iniciação de cascatas de sinais odoríferos.
O tunelamento fotoeletrônico é um processo fundamental em reações químicas induzidas pela luz, envolvendo transferência de carga e energia, e emissão de radiação. O tamanho de sistemas optoeletrônicos e outros sistemas tem se aproximado da escala atômica de subnanômetro, o que aumenta muito os efeitos quânticos de tunelamento entre diferentes canais.
O monitoramento em tempo real dos efeitos dinâmicos do tunelamento de elétrons em moléculas complexas tem grande importância científica para o desenvolvimento de transistores de tunelamento e dispositivos optoeletrônicos ultracurtos. O efeito de átomos vizinhos na dinâmica de tunelamento de elétrons em moléculas complexas é um dos problemas científicos-chave nos campos da física quântica, química quântica, nanoeletrônica, etc.
Em um artigo publicado na revista Light: Science & Applications, uma equipe de cientistas da Universidade de Hainan e da Universidade Normal, na China, projetou um complexo Ar-Kr+ de van der Waals como um sistema protótipo com uma distância interatômica de 0,39 nm para rastrear o tunelamento de elétrons por meio de um átomo vizinho em um sistema de escala subnanométrica.
Combinado com o método de correção do Coulomb aprimorado pela equipe (ICCSFA), que leva em consideração a interação de Coulomb no potencial durante o tunelamento, e monitorando a distribuição do momento transverso de fotoelétrons para rastrear a dinâmica de tunelamento, foi descoberto que existem dois efeitos de tunelamento de elétrons fortes e fracos através do átomo vizinho.
Essa descoberta revela o papel significativo dos átomos vizinhos no tunelamento de elétrons em sistemas subnanométricos complexos. Isso abre um novo caminho para uma compreensão mais profunda do papel-chave do efeito Coulomb durante o tunelamento de elétrons, a geração de harmônicos sólidos de alta ordem e estabelece uma sólida base de pesquisa para investigar e controlar a dinâmica do tunelamento em biomoléculas complexas.
Mais informações:
Ming Zhu et al, Tunnelling of electrons via the neighboring atom, Light: Science & Applications (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01373-2
Fonte:
Academia Chinesa de Ciências
FAQ:
1. O que é tunelamento quântico?
O tunelamento quântico é um processo fundamental na mecânica quântica, onde um pacote de ondas pode passar por uma barreira de energia que seria classicamente impenetrável. É um fenômeno em que uma partícula tem a chance de “pular” sobre a barreira, mesmo sem energia suficiente para superá-la.
2. Qual é a importância do tunelamento na biologia molecular?
O tunelamento quântico desempenha um papel importante na biologia molecular, como a aceleração catalítica de enzimas, mutações espontâneas no DNA e a iniciação de cascatas de sinais odoríferos.
3. O que é tunelamento fotoeletrônico?
O tunelamento fotoeletrônico é um processo fundamental em reações químicas induzidas pela luz, envolvendo transferência de carga e energia, e emissão de radiação. Nesse tipo de tunelamento, elétrons passam por uma barreira de energia sob a influência da luz.
4. Por que monitorar o tunelamento de elétrons é cientificamente importante?
O monitoramento em tempo real dos efeitos dinâmicos do tunelamento de elétrons em moléculas complexas tem grande importância científica para o desenvolvimento de transistores de tunelamento e dispositivos optoeletrônicos ultracurtos. É crucial para uma melhor compreensão da dinâmica do tunelamento e para estudar seu impacto em vários sistemas.
5. Qual sistema protótipo foi usado na pesquisa?
No artigo publicado, a equipe de cientistas da Universidade de Hainan e da Universidade Normal, na China, utilizou um complexo Ar-Kr+ de van der Waals como sistema protótipo em escala subnanométrica.
6. Qual descoberta foi feita?
O estudo revelou a existência de dois efeitos – tunelamento de elétrons forte e fraco através do átomo vizinho. Essa descoberta revela o papel significativo dos átomos vizinhos no tunelamento de elétrons em sistemas subnanométricos complexos.
7. Quais são as implicações adicionais dessa descoberta?
Essa descoberta abre um novo caminho para uma compreensão mais profunda do papel-chave do efeito Coulomb durante o tunelamento de elétrons e a geração de harmônicos sólidos de alta ordem. Também fornece uma base sólida para pesquisas futuras sobre a investigação e controle da dinâmica do tunelamento em biomoléculas complexas.
Links relacionados:
– Light: Science & Applications (fonte do artigo)