Grapheen kwantumstippen nabootsen van orbitale hybridisatie

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Sun Qing-Feng in samenwerking met professor He Lin’s onderzoeksgroep van de Normale Universiteit van Beijing heeft voor het eerst orbitale hybridisatie in grafeengebaseerde kunstmatige atomen bereikt.

Hun studie, getiteld “Orbitale hybridisatie in op grafeen gebaseerde kunstmatige atomen” is geweest gepubliceerd in Natuur. Het werk markeert een belangrijke mijlpaal op het gebied van kwantumfysica en materiaalwetenschap, waarbij de kloof tussen kunstmatige en echt atoomgedrag overbrugt.

Kwantumstippen, vaak kunstmatige atomen genoemd, kunnen atomaire orbitalen nabootsen, maar zijn nog niet gebruikt om orbitale hybridisatie te simuleren, een cruciaal proces in echte atomen. Hoewel kwantumstippen met succes kunstmatige binding en antibondingstaten hebben aangetoond, bleef hun vermogen om orbitale hybridisatie te repliceren onontgonnen.

Een fundamenteel begrip van hoe anisotrope opsluiting de hybridisatie in kwantumstippen beïnvloedt, ontbrak.

De auteurs ontwikkelden een theoretisch kader en experimentele benadering om orbitale hybridisatie te bereiken in op grafeen gebaseerde kwantumstippen. Zij stelden voor dat anisotrope potentialen in kunstmatige atomen hybridisatie kunnen veroorzaken tussen beperkte toestanden van verschillende orbitalen, zoals het orbitaal (orbitaal kwantumnummer 0) en het D orbitaal (orbitaal kwantumnummer 2).

Door het cirkelvormige potentieel van grafeen -kwantumstippen in een elliptisch potentieel te vervormen, induceerde het team met succes orbitale hybridisatie, wat resulteerde in twee gehybridiseerde toestanden met verschillende vormen (θ vorm en geroteerde θ vorm).

De experimentele resultaten, verkregen door het sonderen van beperkte toestanden in verschillende kwantumstippen, bevestigden de theoretische voorspellingen, die de recombinatie van atomaire instorttoestanden (een kwantumelektrodynamisch fenomeen) en fluisterende galerijmodi (een akoestisch fenomeen) aantonen.