2022 年4 月21 日，在期刊《科學(xué)》 中，UCI 物理與天文學(xué)系和化學(xué)系的研究人員描述了他們?nèi)绾螌蓚€鍵合的氫原子放置在STM 的銀尖端上，并通過平坦的銅表面排列一個由小島組成的氫原子。樣品之間的氮化銅。利用僅持續(xù)萬億分之一秒的激光脈沖，科學(xué)家們能夠激發(fā)氫分子，并在儀器的低溫和超高真空環(huán)境下檢測其量子態(tài)的變化，呈現(xiàn)原子級時空圖像樣本的。

“這個項目代表了測量技術(shù)的進步，以及這種方法允許我們探索的科學(xué)問題，”合著者、唐納德·布倫物理、天文學(xué)和化學(xué)教授威爾遜·何(Wilson Ho)說。量子顯微鏡依賴于檢測二能級系統(tǒng)中狀態(tài)的相干疊加，比不基于量子物理原理的現(xiàn)有儀器靈敏得多。 '

Ho 說，氫分子是兩級系統(tǒng)的一個例子，因為它的方向在兩個位置之間切換，上下和水平稍微傾斜。通過單個激光脈沖，科學(xué)家們可以誘導(dǎo)系統(tǒng)從基態(tài)循環(huán)到激發(fā)態(tài)，從而產(chǎn)生兩種狀態(tài)的疊加。循環(huán)振蕩的持續(xù)時間非常短暫，僅持續(xù)幾十皮秒，但通過測量“退相干時間”和循環(huán)周期，科學(xué)家們能夠了解氫分子如何與其環(huán)境相互作用。

負(fù)責(zé)組裝和使用配備太赫茲激光器的掃描隧道顯微鏡的UCI團隊，從左到右：UCI物理與天文學(xué)博士生白丹；布倫物理、天文學(xué)和化學(xué)教授Wilson Ho；物理與天文學(xué)博士生夏云鵬；和化學(xué)博士生王麗坤。

“氫分子成為量子顯微鏡的一部分，因為無論顯微鏡掃描哪里，氫都位于尖端和樣品之間，這使得探針極其靈敏，使我們能夠看到低至0.1 埃的變化。在此分辨率下，我們可以看到樣品上的電荷分布如何變化。 '

STM 尖端和樣品之間的空間幾乎難以想象，約為6 ?；?.6 納米。 Ho 和他的團隊組裝的STM 能夠檢測該空間中流動的微小電流，并產(chǎn)生光譜讀數(shù)，證明氫分子和樣品元素的存在。該實驗代表了基于太赫茲感應(yīng)單分子整流電流的化學(xué)敏感光譜學(xué)的首次演示。

基于氫的量子相干性在這一水平上表征材料的能力可能在催化劑的科學(xué)和工程中具有很大的用途，因為它們的功能通常取決于單原子尺度的表面缺陷。

“只要氫可以吸附在材料上，原則上你就可以使用氫作為傳感器，通過觀察其靜電場分布來表征材料本身，”該研究的主要作者、物理和天文學(xué)研究生王麗坤說。在加州大學(xué)爾灣分校。 '