首次可視化熱電子的量子行為

該研究結果是朝著能夠操縱和控制高能量或“熱”電子的量子行為邁出的有希望的一步 - 這對于未來的高效太陽能電池和原子工程系統(包括提出的量子計算設備)非常重要。

該團隊與伯明翰大學的同事合作，使用掃描隧道顯微鏡將電子注入硅表面，用甲苯分子裝飾。當電子從尖端位置穿過表面傳播時，它們誘導甲苯分子反應并從表面“抬起”。

通過測量分子移動的精確原子位置，研究小組確定電子在前七個納米行程中保持其初始軌跡或量子態，然后在它們受到干擾之前進行隨機散射，就像針中的球一樣 - 球機。本質上是從量子系統到經典系統的轉變。

來自巴斯大學的Peter Sloan博士說：“由于壽命短，大約百萬分之十億分之一秒，因此很難觀察到熱電子。這種可視化技術為我們提供了新的理解水平。我們驚訝地發現，最初的量子軌跡保持完整的時間足夠長，以使單個電子在直徑為15納米的圓盤上“展開”。

“量子物理學要求電子表現為波。就像一塊鵝卵石落入一個靜止的池塘中形成了同心環，它們會在最初的七納米內形成，所以熱電子也是如此。在我們將它注入表面后，電子開始時是一個直徑小于納米的微小物體，然后它平靜地傳播出來，變得越來越大，當它受到干擾時(失去其原始的量子性質)它達到了這個尺寸一系列直徑為15納米的環。這似乎很小，但在原子和分子的規模上，這實際上是一個巨大的尺寸。“

伯明翰大學的Richard Palmer教授解釋說：“這些研究結果至關重要，是在室溫下進行的。他們表明，在接近絕對零溫度(-273°C)時易于接近的電子的量子行為在更溫和的室溫條件和超過15納米的尺度下持續存在。這些研究結果表明，未來的原子級量子裝置可以在不需要液體氦冷卻劑的情況下工作。“

現在團隊開發了可視化量子傳輸的方法，目標是了解如何控制和操縱電子的初始量子態。正如帕爾默教授所說：“能夠操縱熱電子行為的意義是深遠的; 從提高太陽能效率，到改善癌癥治療放射治療的目標。“