科学家揭示了氢原子表面扩散中相邻吸附物和量子隧道效应的作用
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2024-03-18 16:46:01
摘要 近日，中国科学院合肥物质科学研究院杨勇 研究员课题组 揭示了相邻吸附质和量子隧道效应对氢在石墨烯表面扩散的作用，开辟了石墨烯表面氢...
近日，中国科学院合肥物质科学研究院杨勇 研究员课题组 揭示了相邻吸附质和量子隧道效应对氢在石墨烯表面扩散的作用，开辟了石墨烯表面氢扩散的新领域。基于原子系统的超高精度测量的可能途径，特别是探测最小长度的存在。
研究成果发表在 The Journal of Physical Chemistry C上。
氢是最轻的元素，在其动力学过程中表现出被称为核量子效应(NQE)的量子运动。杨教授团队进行的研究证明了量子隧道效应在激活铜表面氢解离和扩散过程中发挥的关键作用。在石墨烯表面，氢根据覆盖范围表现出不同的聚集状态。
为了研究石墨烯表面上各种聚集态氢的扩散，研究人员利用第一性原理计算和转移矩阵方法。他们研究了氢扩散的量子隧道效应，计算了传输概率、速率常数和扩散系数，同时分别将氢原子视为经典粒子和量子粒子。
氢原子在相邻吸附位点上的吸附将显着改变石墨烯表面扩散氢原子的动力学性质。研究发现相邻氢原子之间的相互作用是导致扩散势垒高度变化的关键因素。在不同聚集状态的氢原子扩散中，氢作为经典粒子和量子粒子的扩散概率、反应速率常数和扩散系数的比较表明，量子隧道效应在室温及以下的扩散中起着关键作用。即使在较高温度区域(600 K 左右)，其贡献仍然不可忽略。
杨勇教授表示：“我们的研究结果为理解氢原子在石墨烯表面的扩散动力学提供了新的见解。”
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