تحليل حركة الإلكترون النانوية باستخدام نبضات الضوء المتقدمة

أعاد نشره أفلاطون

المتابعون: 0

تحليل حركة الإلكترون النانوية باستخدام نبضات ضوئية متقدمة

بواسطة روبرت شرايبر

أولدنبورغ، ألمانيا (SPX) 10 يناير 2024

قطع باحثون من السويد وألمانيا، بما في ذلك الدكتور جان فوجيلسانغ من جامعة أولدنبورغ، خطوات كبيرة في دراسة ديناميكيات الإلكترون فائقة السرعة. إن عملهم، الذي تتبع حركة الإلكترونات على سطح بلورات أكسيد الزنك بدقة مكانية وزمانية غير مسبوقة، يمثل تقدمًا ملحوظًا في هذا المجال.

استخدم هذا البحث، وهو جزء من مجال سريع التطور لديناميات الإلكترون فائقة السرعة، نبضات ليزر لمراقبة حركة الإلكترون داخل المواد النانوية. تُظهر تجارب الفريق، المفصلة في المجلة العلمية Advanced Physics Research، إمكانات نهجهم في فهم سلوك الإلكترون في تطبيقات تتراوح من المواد النانوية إلى تقنيات الخلايا الشمسية الجديدة.

كان من أهم عوامل نجاحهم هو الجمع المبتكر بين المجهر الإلكتروني للانبعاث الضوئي (PEEM) وتكنولوجيا فيزياء الأتوثانية. تم إقران PEEM، وهي تقنية تستخدم لفحص أسطح المواد، بنبضات ضوئية قصيرة المدة للغاية، تشبه استخدام فلاش عالي السرعة في التصوير الفوتوغرافي، لإثارة الإلكترونات وتتبعها لاحقًا. وأوضح الدكتور فوجيلسانج أن "العملية تشبه إلى حد كبير فلاشًا يلتقط حركة سريعة في التصوير الفوتوغرافي".

كان أحد التحديات الرئيسية في هذا المجال هو تحقيق الدقة الزمنية اللازمة لمراقبة حركات الإلكترون السريعة بشكل لا يصدق. تتطلب الإلكترونات، الأصغر حجمًا والأسرع بكثير من النوى الذرية، تقنيات قياس سريعة بشكل استثنائي. كان دمج PEEM مع الفحص المجهري للأتوسيكوند، دون التضحية بالدقة المكانية أو الزمنية، إنجازًا محوريًا. أعرب الدكتور فوجيلسانغ عن الإنجاز الذي حققه الفريق: "لقد وصلنا الآن أخيرًا إلى النقطة التي يمكننا فيها استخدام نبضات الأتوثانية للتحقيق بالتفصيل في تفاعل الضوء والمادة على المستوى الذري وفي الهياكل النانوية".

استفاد النهج التجريبي للفريق بشكل كبير من مصدر ضوء عالي الطاقة قادر على توليد 200,000 ومضة أتوثانية في الثانية. وقد مكّن هذا التردد من إطلاق إلكترونات فردية من السطح البلوري، مما سمح بدراسة سلوكها دون عائق. وأشار الدكتور فوجيلسانغ إلى أنه "كلما زاد عدد النبضات التي تولدها في الثانية، أصبح من الأسهل استخراج إشارة قياس صغيرة من مجموعة البيانات"، مسلطًا الضوء على أهمية هذه القدرة التكنولوجية.

تم إجراء البحث في مختبر جامعة لوند في السويد، بقيادة البروفيسورة الدكتورة آن لويلير، عالمة الفيزياء الشهيرة وواحدة من الحائزين الثلاثة على جائزة نوبل في الفيزياء عن العام السابق. يعد مختبر جامعة لوند من بين المختبرات القليلة في العالم المجهزة لمثل هذه التجارب المتقدمة.

ويقوم الدكتور فوجيلسانغ، الذي عمل سابقًا كباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة لوند، بإنشاء مختبر مماثل في جامعة أولدنبورغ. ومن المقرر أن يستمر التعاون بين هاتين المؤسستين، مع وجود خطط لاستكشاف سلوك الإلكترون في مختلف المواد والبنى النانوية.

منذ عام 2022، قاد الدكتور فوجيلسانغ مجموعة أبحاث Atto Second Microscopy في جامعة أولدنبورغ، بدعم من برنامج Emmy Noether التابع لمؤسسة الأبحاث الألمانية. تعكس هذه المبادرة التزام ألمانيا بتعزيز البحث العلمي المتطور.

تقرير البحث:المجهر الإلكتروني للانبعاث الضوئي الذي تم حله بمرور الوقت على سطح ZnO باستخدام زوج نبض الأتوسيكون فوق البنفسجي الشديد