2022 年4 月21 日，在期刊《科学》 中，UCI 物理与天文学系和化学系的研究人员描述了他们如何将两个键合的氢原子放置在STM 的银尖端上，并通过平坦的铜表面排列一个由小岛组成的氢原子。样品之间的氮化铜。利用仅持续万亿分之一秒的激光脉冲，科学家们能够激发氢分子，并在仪器的低温和超高真空环境下检测其量子态的变化，呈现原子级时空图像样本的。
“这个项目代表了测量技术的进步，以及这种方法允许我们探索的科学问题，”合著者、唐纳德·布伦物理、天文学和化学教授威尔逊·何(Wilson Ho)说。量子显微镜依赖于检测二能级系统中状态的相干叠加，比不基于量子物理原理的现有仪器灵敏得多。 '
Ho 说，氢分子是两级系统的一个例子，因为它的方向在两个位置之间切换，上下和水平稍微倾斜。通过单个激光脉冲，科学家们可以诱导系统从基态循环到激发态，从而产生两种状态的叠加。循环振荡的持续时间非常短暂，仅持续几十皮秒，但通过测量“退相干时间”和循环周期，科学家们能够了解氢分子如何与其环境相互作用。
负责组装和使用配备太赫兹激光器的扫描隧道显微镜的UCI团队，从左到右：UCI物理与天文学博士生白丹；布伦物理、天文学和化学教授Wilson Ho；物理与天文学博士生夏云鹏；和化学博士生王丽坤。
“氢分子成为量子显微镜的一部分，因为无论显微镜扫描哪里，氢都位于尖端和样品之间，这使得探针极其灵敏，使我们能够看到低至0.1 埃的变化。在此分辨率下，我们可以看到样品上的电荷分布如何变化。 '
STM 尖端和样品之间的空间几乎难以想象，约为6 埃或0.6 纳米。 Ho 和他的团队组装的STM 能够检测该空间中流动的微小电流，并产生光谱读数，证明氢分子和样品元素的存在。该实验代表了基于太赫兹感应单分子整流电流的化学敏感光谱学的首次演示。
基于氢的量子相干性在这一水平上表征材料的能力可能在催化剂的科学和工程中具有很大的用途，因为它们的功能通常取决于单原子尺度的表面缺陷。
“只要氢可以吸附在材料上，原则上你就可以使用氢作为传感器，通过观察其静电场分布来表征材料本身，”该研究的主要作者、物理和天文学研究生王丽坤说。在加州大学尔湾分校。 '
