研究结果是朝着能够操纵和控制高能或“热”电子的量子行为迈出的有希望的一步——这对于未来高效的太阳能电池和原子工程系统(包括提议的量子计算设备)非常重要。

该团队与伯明翰大学的同事合作，用扫描隧道显微镜将电子注入硅表面，并用甲苯分子装饰。当电子从尖端位置穿过表面时，它们诱导甲苯分子反应并从表面“升起”。

通过测量分子运动的精确原子位置，研究团队确定电子在最初的七个纳米行程中保持其初始轨迹或量子状态，然后在受到干扰之前随机分散它们，就像针球机器中的球一样。本质上是量子系统向经典系统的转化。

巴斯大学的彼得斯隆博士说：“由于寿命很短，大约是百万分之一秒，很难观察到热电子。这项可视化技术为我们提供了一个新的理解层面。我们惊讶地发现，初始量子轨迹保持完整的时间足够长，单个电子可以在直径为15纳米的圆盘上“散开”。

“量子物理要求电子的行为像波一样。就像一颗石子落入静止的池塘并形成同心环，它们将在最初的7纳米内形成，因此热离子电子也是如此。当我们把它注入表面后，电子开始是一个直径小于纳米的微小物体，然后它悄悄地扩散开来，变得越来越大。当它受到干扰(失去原有的量子特性)时，它会以一系列直径为15纳米的环达到这个尺寸。这看似很小，但在原子和分子的尺度上，它实际上是一个巨大的尺寸。”

伯明翰大学的理查德帕尔默教授解释说：“这些发现至关重要，它们是在室温下进行的。他们表明，在接近绝对零度(-273)时容易接近的电子的量子行为在较温和的室温和超过15纳米的尺度下仍然存在。这些结果表明，未来的原子量子器件可以在没有液氦冷却剂的情况下工作。”

现在，该团队开发了一种可视化量子传输方法，目标是知道如何控制和操纵电子的初始量子状态。正如帕尔默教授所说：“能够操纵热离子行为的意义是深远的；从提高太阳能效率到提高癌症治疗和放疗的目标。”