Kính hiển vi quét chui hầm
Các tính chất dạng sóng của electron có thể dùng để ghi ảnh các vật ở cấp độ nhỏ hơn nhiều so với ánh sáng khả kiến có thể làm được. Kính hiển vi quét chui hầm tiến xa thêm một bước nữa, nó khai thác sự chui hầm lượng tử. Nó giữ một vai trò then chốt trong nghiên cứu y khoa học và sản xuất vi mạch, cùng vô số những ứng dụng khác.
Kính hiển vi quét chui hầm về cơ bản giống một cái máy hát đĩa với một cái kim cực nhọn, đầu kim là một đơn nguyên tử được mang đến gần sát mẫu vật, cách mẫu khoảng bằng bề rộng của một nguyên tử. Sau đó thiết lập một điện áp làm kích thích các electron trên bề mặt mẫu, làm một số electron chui hầm lượng tử xuyên khoảng cách giữa bề mặt mẫu và đầu kim và gây ra cái gọi là ‘dòng điện chui hầm’. Sau đó đầu kim quét trên bề mặt mẫu, di chuyển lên xuống tương ứng với đường bao của nó để đảm bảo dòng điện chui hầm giữ không đổi. Bằng cách ghi lại chuyển động lên xuống của đầu kim, kính hiển vi xây dựng nên hình ảnh bề mặt mẫu ở cấp độ nguyên tử.
Chụp ảnh cộng hưởng từ
Nếu bạn từng đến bệnh viện để chụp quét ảnh cộng hưởng từ (MRI), thì bạn đã trải nghiệm vật lí lượng tử ứng dụng hoạt động trên cơ thể của riêng mình. MRI khai thác thực tế rằng các proton bên trong các nguyên tử hydrogen bên trong nước và chất béo của cơ thể bạn có một spin lượng tử hóa “hướng” theo một trong hai chiều, mỗi chiều có năng lượng hơi lệch đi một chút. Trong một lần quét MRI, cơ thể bạn di chuyển qua một buồng ngắn hình trụ tác dụng một từ trường mạnh. Từ trường làm thẳng hàng phần lớn spin proton theo chiều của trường, còn những spin có năng lượng cao hơn được sắp thẳng theo chiều ngược lại.
Sau đó, một từ trường tần số vô tuyến biến thiên nhanh được thiết lập, các proton có năng lượng spin thấp hơn hấp thụ trường này, làm cho spin của chúng “lật” sang trạng thái cao hơn. Khi từ trường bị ngắt, các proton trở lại trạng thái năng lượng thấp của chúng và phát ra các sóng vô tuyến được máy quét phát hiện. Các proton trong các mô khác nhau trở lại trạng thái năng lượng thấp của chúng ở tốc độ khác nhau, cho phép bác sĩ phân biệt rõ giữa các cơ quan và theo dõi sức khỏe của chúng.
Vật lí Lượng tử Tốc hành | Gemma Lavender
Bản dịch của Thuvienvatly.com
Phần tiếp theo >>
