科学家揭示了相邻吸附质和量子隧穿在氢原子表面扩散中的作用

中国科学院合肥物理科学研究院杨勇教授领导的一个研究小组揭示了相邻吸附质和量子隧穿在石墨烯表面氢扩散中的作用，这为基于原子系统的超高精度测量开辟了一条可能的途径，特别是探索最小长度的存在

研究结果发表在《物理化学杂志》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的量子运动。杨团队进行的这项研究证明了量子隧道在激活铜表面的氢离解和扩散过程中的关键作用。在石墨烯表面，氢根据覆盖范围显示出不同的聚集状态

为了研究氢在石墨烯表面以各种聚集态的扩散，研究人员使用了第一性原理计算和转移矩阵方法。他们通过计算传输概率、速率常数和扩散系数，分别将氢原子视为经典粒子和量子粒子，研究了量子隧穿对氢扩散的影响

氢原子在相邻吸附位点上的吸附将显著改变石墨烯表面上扩散氢原子的动力学性质。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

在氢原子在不同聚集态的扩散中，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，量子隧穿在室温及以下的扩散中起着关键作用。即使在较高的温度区域（约600K），这种贡献仍然不容忽视