Исследовательская группа из Регенсбургского университета, работающая в сотрудничестве с группой из Института Макса Планка в Гамбурге, показала, что сканирующая туннельная микроскопия на атомном уровне в состоянии отслеживать отдельные электроны, туннелирующие через барьер, — но только до определенной точки. Ученые использовали атомно-силовой микроскоп с оптическим управлением на терагерцовых частотах. Этот прибор позволяет отслеживать туннелирование отдельных электронов через барьер с пространственным разрешением менее одной десятой нанометра и временным — в аттосекундном диапазоне (аттосекунда — это 10 в минус восемнадцатой степени секунды).

Исследователи выяснили, что чем выше пространственное разрешение, тем сильнее «размывается» информация о времени события, и наоборот. Это явление исследователи называют «пространственно-временным пределом».

Важно подчеркнуть: это не принцип неопределенности Гейзенберга, который связывает координату и импульс частицы. Обнаруженный пространственно-временной предел — отдельное свойство квантовых волновых функций электрона. Он устанавливает границу того, что принципиально невозможно узнать одновременно: точное местоположение электрона и точное время его нахождения в этом месте.

«В будущем мы планируем использовать электронные волновые пакеты для избирательного запуска химических реакций и наблюдения за процессами разрыва и перестройки химических связей в присущих им пространственно-временных масштабах, — говорится в пресс-релизе. — В долгосрочной перспективе полученные знания могут также способствовать созданию электронных и квантовых информационных устройств, работающих на предельных скоростях, свойственных самому движению электронов».

Теперь, зная о существовании такого фундаментального барьера, разработчики квантовых компьютеров, сверхбыстрых датчиков и наноэлектронных устройств смогут точнее прогнозировать поведение электронов в атомных масштабах. В конечном счете, это поможет проектировать более стабильные и предсказуемые устройства нового поколения.

Международная группа ученых впервые проследила в реальном времени за перемещением момента импульса внутри кристаллической решетки — и обнаружила нечто неожиданное. Атомы могут внезапно начать вращаться в другом направлении, не нарушая при этом закона сохранения момента импульса.