Les nanostructures peuvent être conçues de manière à ce que le confinement quantique ne permette que certains niveaux d'énergie des électrons. Des chercheurs de l'IMDEA Nanociencia, UAM et ICMM-CSIC ont, pour la première fois, observé un modèle discret d'énergies électroniques dans un système non confiné, ce qui pourrait conduire à de nouvelles façons de modifier les propriétés de surface des matériaux.

Un groupe de recherche de l'IMDEA Nanoscience et de l'Universidad Autónoma de Madrid a trouvé pour la première fois des preuves expérimentales que les réseaux unidimensionnels avec une périodicité nanométrique peuvent interagir avec les électrons d'un gaz bidimensionnel en séparant spatialement leurs différentes longueurs d'onde au moyen d'un phénomène physique connu sous le nom de Diffraction de Bragg. Ce phénomène est bien connu pour la propagation des ondes en général et est responsable de la couleur irisée observée lors de l'éclairage d'une surface de CD. En raison de la dualité onde-particule proposée par De Broglie en 1924, les électrons présentent également un comportement ondulatoire et, Donc, phénomènes de diffraction. Réellement, l'observation que les électrons libres de faible énergie subissent des processus de diffraction lors de l'interaction avec des réseaux atomiques bien ordonnés sur des surfaces solides a été la première confirmation expérimentale de la dualité onde-particule. Des électrons bidimensionnels liés à des surfaces solides, bien sûr, présentent également un comportement ondulatoire qui pouvait être directement visualisé dans les années 90 par microscopie à effet tunnel. Cependant, l'observation de la diffraction de Bragg dans de tels systèmes était restée jusqu'ici insaisissable.

Dans ce nouveau travail, Publié dans Lettres d'examen physique , le groupe dirigé par Roberto Otero a construit un réseau de diffraction à périodicité nanométrique par auto-assemblage de molécules organiques sur une surface de cuivre. Par microscopie à effet tunnel à basse température, les chercheurs ont observé les ondes stationnaires provoquées par les interférences entre les électrons arrivant sur le réseau de diffraction et ceux réfléchis par celui-ci, qui a permis aux chercheurs de trouver des preuves expérimentales de la diffraction de Bragg. De plus, les auteurs ont constaté que leurs résultats reflètent non seulement des phénomènes de diffraction, mais aussi que les électrons préfèrent interagir avec le réseau de telle sorte que leur direction d'incidence soit inversée.

La prise en compte simultanée des deux effets a conduit les auteurs à conclure qu'une discrétisation des niveaux d'énergie devrait se produire, semblable à celui qui se produit lorsque le mouvement de l'électron est spatialement confiné. La discrétisation des niveaux d'énergie lors du confinement est l'une des principales caractéristiques de la mécanique quantique, avec de nombreuses applications en nanosciences et nanotechnologies, et permet actuellement aux chercheurs de contrôler les propriétés optiques et électroniques des systèmes nanométriques. Les résultats de cette publication, Donc, peut ouvrir de nouvelles voies pour fabriquer de nouveaux matériaux et dispositifs affichant des propriétés quantiques sans confinement quantique.