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<p>密切关注一切:Christian Ast检查扫描隧道显微镜的连接(顶部)纳米科学部门的研究人员在这个仪器上进行他们的实验,其最低温度是绝对零度的千分之一千分之一原则始终是相同(下图):隧道电流(由透明条表示)在超细尖端和样品之间流动,提供有关样品特性的信息在这些低温下,隧道电流显示其所有量子特性新发布的研究来自马克斯普朗克研究所揭示了如果电流不再流动会发生什么,反而会流淌如果电流不再流动会发生什么情况呢</p><p>这是研究人员在马克斯普朗克固态研究所与Christian Ast合作研究的问题他们的调查涉及将扫描隧道显微镜冷却到绝对零度以上的千分之一千分之一在这些极低的温度下,电子显示出它们的量子性质因此,电流是一种粒状介质,由单个粒子组成</p><p>电子穿过沙漏中的沙粒等导体,这种现象可以借助于量子电动力学来解释从水龙头流出的水感觉就像一种均匀的介质 - 不可能区分单个水分子电流的确是同样的事情很多电子在传统电缆中流动,电流似乎是均匀的虽然不可能区分单个电子,但量子力学说他们应该存在那么他们是如何表现的</p><p>在什么条件下,电流不会像水一样通过水龙头流动,而是像沙漏中的沙子一样流动</p><p>沙漏类比非常适合于扫描隧道显微镜,其中薄的尖头扫描样品表面而不实际接触它</p><p>然而,微小的电流仍然流动,因为电子从尖端“隧穿”的可能性很小</p><p>这个隧道电流是分离的指数函数,这就是为什么尖头仅位于样品上方几个Ångström(千分之一毫米)的原因隧道电流的微小变化因此允许研究人员分辨单个原子表面上的原子结构和研究它们的电子结构扫描隧道显微镜因此是整个固态物理学中最通用和最敏感的探测器,即使在这些极端条件下 - 流过的电流不到十亿分之一的微小电流一个100瓦的灯泡 - 每秒数十亿电子仍在流动这太多了,不能用cern单个电子在科学家们看到电流由单个电子组成之前,温度下降到绝对零度以上的万分之一(即零下273135°C或15 mK),在这个低温下非常精细的结构,研究人员没有预料到的那种情况出现在“我们只能通过假设隧道电流是粒状介质并且不再是均匀的来解释这些新结构”,Ast说,他是扫描隧道显微镜的负责人</p><p>因此,第一次扫描隧道显微镜中电子传输的全量子特性已经表现出来,因此,如果要充分解释这种量子力学现象,则必须量化电荷“这是基于它的理论发展回来的在20世纪90年代初,现在有关其应用于扫描隧道显微镜的概念和实际问题已经出现了已经解决了,很高兴看到理论和实验如何一致,“乌尔姆大学的Joachim Ankerhold说,他提供了理论基础除了详细的理论,这种类型的实验需要一个适应的实验室环境,减少外部干扰在很大程度上自2012年底以来,在斯图加特马克斯普朗克研究所的校园内建立了一个新的精密实验室;它为高灵敏度实验提供了几乎无干扰的实验室环境,例如mK扫描隧道显微镜 该仪器位于精密实验室的一个盒子里,在振动去耦的混凝土基础上配备了声学和电磁屏蔽“我们想用它来冒险进入新的未知区域 - 我们在这个实验中做得非常成功,”马克斯普朗克固态研究电子研究所所长Klaus Kern已经证明了它们的量子特性因为它们通过量子点传输,例如,电流被特别阻挡,使得电子单独出现</p><p>这种影响在扫描中变得明显隧道显微镜只需将其冷却到极低的温度,但是“隧道效应肯定已达到这里的量子极限,”团队成员BertholdJäck说</p><p>研究人员不希望将此视为限制,但是“这些极低温度开放意想不到的细节丰富,让我们了解超导性和光物质相互作用更好的是,“Christian Ast出版物:Christian R Ast等人,”感知扫描隧道光谱学中的量子极限“,Nature Communications 7,文章编号:13009(2016)doi:101038 / ncomms13009来源: