新的研究揭示了亚纳米尺度下电子隧穿动力学的新见解。利用范德华复合体Ar-Kr+和一种跟踪隧道动力学的创新方法，该研究强调了邻近原子在量子隧道中的关键影响。这项工作对量子物理学、纳米电子学和复杂生物分子的研究具有重要意义。
隧穿是量子力学中的一个基本过程，涉及到波包穿越能量势垒的能力，这是用经典方法无法克服的。在原子水平上，这种隧穿现象显著影响分子生物学。它有助于加速酶的反应，引起自发的DNA突变，并启动导致嗅觉的一系列事件。
光电子隧穿是光诱导化学反应、电荷和能量传递以及辐射发射的关键过程。光电芯片等器件的尺寸已经接近亚纳米原子尺度，不同通道之间的量子隧道效应将显著增强。
电子芯片与范德华配合物的核间距为0.39 nm。致谢:朱明、童继红、刘希旺、杨伟峰、龚小春、姜文宇、卢培芬、李辉、宋小红、吴健
复杂结构中电子隧穿动力学的实时成像对于促进隧道晶体管和超快光电器件的发展具有重要的科学意义。复合物中相邻原子对电子隧穿动力学的影响是量子物理、量子化学、纳米电子学等领域的关键科学问题之一。
近期研究进展
海南大学和华东师范大学的科学家团队在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，设计了一个范德华复体Ar-Kr+作为原型系统，其核间距为0.39 nm，用于跟踪亚纳米尺度系统中电子穿过相邻原子的隧道。
从Ar原子发射的电子首先被捕获到Ar- kr +*的高激发态，然后最终释放到连续统中。用线偏振泵浦激光脉冲从Kr位上去除e1制备Ar-Kr+离子，用延时椭圆偏振探针激光脉冲跟踪电子转移介导的电子隧穿动力学(e2，橙色箭头)。致谢:朱明、童继红、刘希旺、杨伟峰、龚小春、姜文宇、卢培芬、李辉、宋小红、吴健
Ar-Kr的最高占据分子轨道的本征电子局域化使得电子在第一步电离时更倾向于从Kr位移除。Ar-Kr+中的位辅助电子空穴保证了在第二电离步骤中，第二个电子主要从Ar原子中移除，在第二电离步骤中，电子可能直接从Ar原子隧穿到连续体中，或者通过邻近的Kr+离子核。
结合该团队开发的改进的库仑校正强场近似(ICCSFA)方法，该方法能够考虑到隧穿过程中电势下的库仑相互作用，并通过监测光电子横向动量分布来跟踪隧穿动力学，从而发现邻近原子对隧穿电子存在强捕获和弱捕获两种效应。
这项工作成功地揭示了邻近原子在亚纳米复杂体系中电子隧穿的关键作用。这一发现为深入理解势垒下库仑效应在电子隧穿动力学、固体高次谐波产生中的关键作用提供了新的途径，为探测和控制复杂生物分子的隧穿动力学奠定了坚实的研究基础。
参考文献:“电子穿过相邻原子的隧穿”，朱明，童继红，刘希旺，杨伟峰，龚小春，蒋文宇，卢培芬，李辉，宋晓红，吴健，2024年1月16日，光与应用。DOI: 10.1038 / s41377 - 023 - 01373 - 2
本研究由国家自然科学基金、海南省自然科学基金、中央高校基本科研业务费和中德研究促进中心资助。
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