При помощи иглы сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) можно перемещать по поверхности поглощенный ею одиночный атом или молекулу. Такая возможность, обнаруженная в начале 1990-х, привела к созданию методов манипулирования единичными атомами или молекулами, одномолекулярной химии и молекулярных моторов. Авторы статьи, недавно принятой к публикации в Physical Review Letters, Сергей Тиходеев (Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН, г. Москва) и Хирому Уэба (Hiromu Ueba, Toyama university, Japan), обнаружили новый механизм такого манипулирования – колебательно-ускоренное туннелирование.

Одним из основных механизмов, ответственных за одно-атомные перемещения при помощи СТМ, считается возбуждение колебательных уровней адсорбата (атома или молекулы) неупругим электронным током и возникающий вследствие этого «перегрев» адсорбата. Адсорбат как бы «карабкается» вверх по лестнице колебательных состояний (см. рисунок) и в результате увеличивается скорость его перехода через энергетический барьер, отделяющий одно локализованное состояние от другого или от свободного движения.

Авторы проанализировали два недавних эксперимента по перемещению с помощью СТМ по поверхности меди одиночных атомов кобальта и по переключению водородной связи в адсорбированном димере воды. Оказалось, что для количественного описания перемещений единичного адсорбата необходимо учитывать и квантовое атомное туннелирование сквозь барьер (см. рисунок). Предложенный авторами механизм колебательно-ускоренного туннелирования может оказаться весьма важным для манипуляции и химии единичных атомов и молекул, дать много ценной информации об атомно-молекулярных туннельных процессах и привести к созданию новых способов манипулирования единичными атомами и молекулами, то есть нанотехнологий с предельной атомарной точностью.