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.
Em 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 cascata de sinais de odorantes.
O tunelamento fotoeletrônico é um processo-chave em reações químicas induzidas pela luz, transferência de carga e energia e emissão de radiação. O tamanho dos sistemas optoeletrônicos e outros sistemas tem se aproximado da escala atômica do subnanômetro, o que aumenta significativamente os efeitos de tunelamento quântico entre diferentes canais.
O monitoramento em tempo real dos efeitos dinâmicos de 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 principais problemas científicos nas áreas de 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 da China projetou um complexo de Ar-Kr+ de van der Waals como um sistema protótipo com uma distância interatômica de 0,39 nm para rastrear o tunelamento de elétrons através de um átomo vizinho em um sistema de escala subnanométrica.
Combinado com o método de corrigir de Coulomb aprimorado pela equipe (ICCSFA), que leva em consideração a interação de Coulomb no potencial durante o tunelamento, e monitorando a distribuição do momento transversal dos fotoelétrons para rastrear a dinâmica de tunelamento, foi descoberto que existem dois efeitos de 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 complexos de subnanômetro. Isso abre um novo caminho para uma compreensão mais profunda do papel fundamental do efeito de Coulomb durante o tunelamento de elétrons, a geração de harmônicos sólidos de ordem elevada, e estabelece uma base sólida de pesquisa para sondar e controlar a dinâmica de tunelamento em biomoléculas complexas.
Mais informações:
Ming Zhu et al, Tunelamento de elétrons através do átomo vizinho, Light: Science & Applications (2024). DOI: 10.1038/s41377-023-01373-2
Fonte:
Academia Chinesa de Ciências
Seção de Perguntas Frequentes:
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 no qual uma partícula tem a chance de “pular” sobre a barreira, apesar de não possuir 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 iniciação de cascata de sinais de odorantes.
3. O que é tunelamento fotoeletrônico?
O tunelamento fotoeletrônico é um processo-chave em reações químicas induzidas pela luz, que envolve 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 o monitoramento do tunelamento de elétrons é cientificamente importante?
O monitoramento em tempo real dos efeitos dinâmicos de tunelamento de elétrons em moléculas complexas tem grande importância científica para o desenvolvimento de transistores de tunelamento e dispositivos optoeletrônicos ultracurtos. É crucial para melhor compreender a dinâmica do tunelamento e estudar seu impacto em vários sistemas.
5. Qual sistema protótipo foi utilizado na pesquisa?
No artigo publicado, a equipe de cientistas da Universidade de Hainan e da Universidade Normal da China utilizou um complexo de 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 – forte e fraco – de tunelamento de elétrons através do átomo vizinho. Essa descoberta revela o papel significativo dos átomos vizinhos no tunelamento de elétrons em sistemas complexos de subnanômetro.
7. Quais são as implicações adicionais dessa descoberta?
Essa descoberta abre um novo caminho para uma compreensão mais profunda do papel fundamental do efeito de Coulomb durante o tunelamento de elétrons e a geração de harmônicos sólidos de ordem elevada. Também fornece uma base sólida para pesquisas futuras sobre a sondagem e controle da dinâmica de tunelamento em biomoléculas complexas.
Links relacionados:
– Light: Science & Applications (fonte do artigo)
The source of the article is from the blog foodnext.nl