Ngay cả những khoảng không trống rỗng cũng có màu sắc. Các nhà khoa học vừa chứng minh rằng bước nhảy lượng tử của các electron có thể làm đổi màu khoảng trống giữa những quả cầu bằng vàng kích cỡ nano. Kết quả mới công bố trên tạp chí Nature (số ra ngày 7/11) thiết lập một giới hạn lượng tử cơ bản lên mức độ sít sao mà ánh sáng có thể bị bẫy.
Đội nghiên cứu đến từ trường Đại học Cambridge, Xứ Basque và Paris vừa kết hợp những thí nghiệm thành công với những lí thuyết tiến bộ cho thấy ánh sáng tương tác với vật chất như thế nào ở kích cỡ nano mét. Nghiên cứu cho biết làm thế nào họ có thể nhìn thấy cơ học lượng tử đang tác dụng trong không khí ở nhiệt độ phòng.
Ảnh minh họa sự thay đổi màu sắc khi một hiệu ứng chui hầm lượng tử xảy ra trong một khe trống dưới nano mét
Vì các electron trong một kim loại di chuyển dễ dàng, nên việc chiếu ánh sáng lên một vết nứt nhỏ xíu làm các điện tích trên bề mặt vết nứt dao động ở tần số quang học. Điện tích dao động đi qua khe trống tạo ra một màu “plasmon” trong vùng ma quỷ ở giữa, nhưng chỉ khi khe trống đó đủ nhỏ.
Giáo sư Jeremy Baumberg thuộc Phòng thí nghiệm Cavendish, Đại học Cambridge, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, đề xuất rằng hãy nghĩ đây là sức căng hình thành giữa một cặp đôi uyên ương đang nhìn đắm đuối vào mắt nhau. Khi mặt của họ tiến sát lại thì sức căng đó tăng lên, và chỉ có nụ hôn mới giải phóng được năng lượng này.
Trong những thí nghiệm mới, khe trống đó được thu nhỏ lại dưới 1 nm (một phần tỉ của một mét) làm nhuốm đỏ màu khe trống khi điện tích hình thành. Tuy nhiên, bởi vì các electron có thể nhảy qua khe do sự chui hầm lượng tử, nên điện tích có thể tuồn ra khi khe trống dưới 0,35 nm, nhìn thấy dưới dạng sự lệch xanh của màu sắc. Như Baumberg nói, “Như thể là bạn có thể hôn mà không chạm lưỡi vậy.”
Giáo sư Javier Aizpurua, người đứng đầu đội lí thuyết ở San Sebastian, than vãn: “Việc cố gắng lập mô phỏng quá nhiều electron đang dao động bên trong vàng như vậy không thể nào thực hiện với những lí thuyết hiện có”. Ông phải kết hợp quan điểm cổ điển và quan điểm lượng tử của thế giới mới dự đoán được sự dịch chuyển màu sắc nhìn thấy trong thí nghiệm.
Nghiên cứu này có lợi cho những sự đo đạc thế giới ở cấp độ nguyên tử và phân tử, và các chiến lược khai thác những dụng cụ nhỏ xíu.
Tham khảo: doi:10.1038/nature11653
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: Đại học Cambridge
