Elektronbevægelsesanalyse i nanoskala ved hjælp af avancerede lysimpulser

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Elektronbevægelsesanalyse på nanoskala ved hjælp af avancerede lysimpulser

af Robert Schreiber

Oldenburg, Tyskland (SPX) 10. januar 2024

Forskere fra Sverige og Tyskland, herunder Dr. Jan Vogelsang fra University of Oldenburg, har gjort betydelige fremskridt i studiet af ultrahurtig elektrondynamik. Deres arbejde, som sporede elektronernes bevægelse på overfladen af zinkoxidkrystaller med hidtil uset rumlig og tidsmæssig opløsning, markerer et bemærkelsesværdigt fremskridt på området.

Denne undersøgelse, en del af det hurtigt udviklende område af ultrahurtig elektrondynamik, brugte laserimpulser til at observere elektronbevægelser i nanomaterialer. Holdets eksperimenter, der er beskrevet detaljeret i det videnskabelige tidsskrift Advanced Physics Research, viser potentialet i deres tilgang til at forstå elektronadfærd i applikationer lige fra nanomaterialer til nye solcelleteknologier.

Centralt for deres succes var den innovative kombination af fotoemissionselektronmikroskopi (PEEM) og attosecond-fysikteknologi. PEEM, en teknik, der bruges til at undersøge materialeoverflader, blev parret med ekstremt kortvarige lysimpulser, svarende til at bruge en højhastighedsflash i fotografering, for at excitere og efterfølgende spore elektroner. "Processen er meget som en flash, der fanger en hurtig bevægelse i fotografering," forklarede Dr. Vogelsang.

En af de vigtigste udfordringer på dette felt har været at opnå den nødvendige tidsmæssige præcision for at observere disse utrolig hurtige elektronbevægelser. Elektroner, der er betydeligt mindre og hurtigere end atomkerner, kræver usædvanlig hurtige måleteknikker. Integrationen af PEEM med attosekundmikroskopi, uden at ofre rumlig eller tidsmæssig opløsning, var en afgørende præstation. Dr. Vogelsang udtrykte holdets gennembrud: "Vi har nu endelig nået det punkt, hvor vi kan bruge attosekundpulser til i detaljer at undersøge interaktionen mellem lys og stof på atomniveau og i nanostrukturer."

Holdets eksperimentelle tilgang havde stor gavn af en kraftig lyskilde, der var i stand til at generere 200,000 attosekunders blink i sekundet. Denne frekvens muliggjorde frigivelse af individuelle elektroner fra krystaloverfladen, hvilket muliggjorde en uforstyrret undersøgelse af deres adfærd. "Jo flere impulser i sekundet du genererer, jo lettere er det at udtrække et lille målesignal fra et datasæt," bemærkede Dr. Vogelsang og fremhævede vigtigheden af denne teknologiske evne.

Forskningen blev udført på Lunds Universitets laboratorium i Sverige, ledet af professor Dr. Anne L'Huillier, en anerkendt fysiker og en af de tre nobelpristagere i fysik fra det foregående år. Lunds Universitets laboratorium er blandt de få i verden udstyret til sådanne avancerede eksperimenter.

Dr. Vogelsang, der tidligere har arbejdet som postdoktor ved Lunds Universitet, er i øjeblikket ved at etablere et lignende laboratorium ved Universitetet i Oldenburg. Samarbejdet mellem disse to institutioner skal fortsætte med planer om at udforske elektronadfærd i forskellige materialer og nanostrukturer.

Siden 2022 har Dr. Vogelsang ledet forskningsgruppen Attosecond Microscopy ved University of Oldenburg, støttet af den tyske forskningsfonds Emmy Noether-program. Dette initiativ afspejler Tysklands forpligtelse til at fremme banebrydende videnskabelig forskning.

Forskningsrapport:Tidsopløst fotoemissionselektronmikroskopi på en ZnO-overflade ved hjælp af et ekstremt ultraviolet attosekund-pulspar

Relaterede links

Universitetet i Oldenburg

Stjernernes kemi, universet og alt indeni det