Ανάλυση κίνησης ηλεκτρονίων σε νανοκλίμακα με χρήση προηγμένων παλμών φωτός

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Ανάλυση κίνησης ηλεκτρονίων σε νανοκλίμακα με χρήση προηγμένων παλμών φωτός

από τον Robert Schreiber

Όλντενμπουργκ, Γερμανία (SPX) 10 Ιανουαρίου 2024

Ερευνητές από τη Σουηδία και τη Γερμανία, συμπεριλαμβανομένου του Δρ Jan Vogelsang από το Πανεπιστήμιο του Όλντενμπουργκ, έχουν κάνει σημαντικά βήματα στη μελέτη της δυναμικής των υπερταχέων ηλεκτρονίων. Η εργασία τους, η οποία παρακολούθησε την κίνηση των ηλεκτρονίων στην επιφάνεια των κρυστάλλων του οξειδίου του ψευδαργύρου με πρωτοφανή χωρική και χρονική ανάλυση, σηματοδοτεί μια αξιοσημείωτη πρόοδο στον τομέα.

Αυτή η έρευνα, μέρος του ταχέως εξελισσόμενου τομέα της δυναμικής των υπερταχέων ηλεκτρονίων, χρησιμοποίησε παλμούς λέιζερ για να παρατηρήσει την κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα στα νανοϋλικά. Τα πειράματα της ομάδας, που περιγράφονται λεπτομερώς στο επιστημονικό περιοδικό Advanced Physics Research, καταδεικνύουν τις δυνατότητες της προσέγγισής τους στην κατανόηση της συμπεριφοράς των ηλεκτρονίων σε εφαρμογές που κυμαίνονται από νανοϋλικά έως νέες τεχνολογίες ηλιακών κυττάρων.

Κεντρικό στοιχείο της επιτυχίας τους ήταν ο καινοτόμος συνδυασμός ηλεκτρονικής μικροσκοπίας φωτοεκπομπής (PEEM) και τεχνολογίας φυσικής attosecond. Το PEEM, μια τεχνική που χρησιμοποιείται για την εξέταση επιφανειών υλικού, συνδυάστηκε με παλμούς φωτός εξαιρετικά μικρής διάρκειας, παρόμοιο με τη χρήση φλας υψηλής ταχύτητας στη φωτογραφία, για να διεγείρει και στη συνέχεια να παρακολουθεί ηλεκτρόνια. «Η διαδικασία μοιάζει πολύ με ένα φλας που αποτυπώνει μια γρήγορη κίνηση στη φωτογραφία», διευκρίνισε ο Δρ Vogelsang.

Μία από τις βασικές προκλήσεις σε αυτό το πεδίο ήταν η επίτευξη της απαραίτητης χρονικής ακρίβειας για την παρατήρηση αυτών των απίστευτα γρήγορων κινήσεων ηλεκτρονίων. Τα ηλεκτρόνια, σημαντικά μικρότερα και ταχύτερα από τους ατομικούς πυρήνες, απαιτούν εξαιρετικά γρήγορες τεχνικές μέτρησης. Η ενσωμάτωση του PEEM με μικροσκοπία attosecond, χωρίς να θυσιάζεται η χωρική ή χρονική ανάλυση, ήταν ένα κομβικό επίτευγμα. Ο Δρ Vogelsang εξέφρασε την ανακάλυψη της ομάδας: «Φτάσαμε επιτέλους στο σημείο όπου μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε παλμούς attosecond για να διερευνήσουμε λεπτομερώς την αλληλεπίδραση φωτός και ύλης σε ατομικό επίπεδο και σε νανοδομές».

Η πειραματική προσέγγιση της ομάδας επωφελήθηκε σε μεγάλο βαθμό από μια πηγή φωτός υψηλής ισχύος, ικανή να παράγει 200,000 ακτίνες του δευτερολέπτου ανά δευτερόλεπτο. Αυτή η συχνότητα επέτρεψε την απελευθέρωση μεμονωμένων ηλεκτρονίων από την επιφάνεια του κρυστάλλου, επιτρέποντας μια αδιατάρακτη μελέτη της συμπεριφοράς τους. «Όσο περισσότερους παλμούς ανά δευτερόλεπτο δημιουργείτε, τόσο πιο εύκολο είναι να εξαγάγετε ένα μικρό σήμα μέτρησης από ένα σύνολο δεδομένων», σημείωσε ο Δρ Vogelsang, τονίζοντας τη σημασία αυτής της τεχνολογικής ικανότητας.

Η έρευνα διεξήχθη στο εργαστήριο του Πανεπιστημίου Lund στη Σουηδία, με επικεφαλής την καθηγήτρια Δρ. Anne L'Huillier, μια διάσημη φυσικό και μία από τις τρεις νομπελίστες φυσικής από το προηγούμενο έτος. Το εργαστήριο του Πανεπιστημίου Lund είναι από τα λίγα στον κόσμο εξοπλισμένα για τέτοια προηγμένα πειράματα.

Ο Δρ Vogelsang, ο οποίος εργαζόταν στο παρελθόν ως μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Lund, δημιουργεί σήμερα ένα παρόμοιο εργαστήριο στο Πανεπιστήμιο του Όλντενμπουργκ. Η συνεργασία μεταξύ αυτών των δύο ιδρυμάτων πρόκειται να συνεχιστεί, με σχέδια για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των ηλεκτρονίων σε διάφορα υλικά και νανοδομές.

Από το 2022, ο Δρ. Vogelsang ηγείται της ερευνητικής ομάδας Attosecond Microscopy στο Πανεπιστήμιο του Όλντενμπουργκ, που υποστηρίζεται από το Πρόγραμμα Emmy Noether του Γερμανικού Ιδρύματος Ερευνών. Αυτή η πρωτοβουλία αντανακλά τη δέσμευση της Γερμανίας για την προώθηση της επιστημονικής έρευνας αιχμής.

Αναφορά έρευνας:Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο φωτοεκπομπής με χρονική ανάλυση σε επιφάνεια ZnO χρησιμοποιώντας ένα ακραίο υπεριώδες ζεύγος παλμών attosecond

Σχετικοί Σύνδεσμοι

Πανεπιστήμιο του Oldenburg

Stellar Chemistry, The Universe and All In It