Analyse du mouvement des électrons à l'échelle nanométrique à l'aide d'impulsions lumineuses avancées

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Analyse du mouvement des électrons à l'échelle nanométrique à l'aide d'impulsions lumineuses avancées

par Robert Schreiber

Oldenburg, Allemagne (SPX) 10 janvier 2024

Des chercheurs suédois et allemands, dont le Dr Jan Vogelsang de l'Université d'Oldenbourg, ont réalisé des progrès significatifs dans l'étude de la dynamique des électrons ultrarapides. Leurs travaux, qui ont suivi le mouvement des électrons à la surface de cristaux d’oxyde de zinc avec une résolution spatiale et temporelle sans précédent, marquent une avancée notable dans ce domaine.

Cette enquête, qui fait partie du domaine en évolution rapide de la dynamique électronique ultrarapide, a utilisé des impulsions laser pour observer le mouvement des électrons dans les nanomatériaux. Les expériences de l’équipe, détaillées dans la revue scientifique Advanced Physics Research, démontrent le potentiel de leur approche pour comprendre le comportement des électrons dans des applications allant des nanomatériaux aux nouvelles technologies de cellules solaires.

La combinaison innovante de la microscopie électronique à photoémission (PEEM) et de la technologie de la physique attoseconde a été au cœur de leur succès. Le PEEM, une technique utilisée pour examiner les surfaces des matériaux, a été associé à des impulsions lumineuses de très courte durée, semblables à l'utilisation d'un flash à grande vitesse en photographie, pour exciter puis suivre les électrons. "Le processus ressemble beaucoup à un flash capturant un mouvement rapide en photographie", a expliqué le Dr Vogelsang.

L’un des principaux défis dans ce domaine a été d’obtenir la précision temporelle nécessaire pour observer ces mouvements incroyablement rapides des électrons. Les électrons, nettement plus petits et plus rapides que les noyaux atomiques, nécessitent des techniques de mesure exceptionnellement rapides. L'intégration du PEEM avec la microscopie attoseconde, sans sacrifier la résolution spatiale ou temporelle, a été une réalisation cruciale. Le Dr Vogelsang a exprimé la percée de l’équipe : « Nous avons enfin atteint le point où nous pouvons utiliser des impulsions attosecondes pour étudier en détail l’interaction de la lumière et de la matière au niveau atomique et dans les nanostructures. »

L’approche expérimentale de l’équipe a grandement bénéficié d’une source lumineuse de haute puissance capable de générer 200,000 XNUMX éclairs attosecondes par seconde. Cette fréquence a permis la libération d'électrons individuels de la surface du cristal, permettant ainsi une étude tranquille de leur comportement. « Plus vous générez d'impulsions par seconde, plus il est facile d'extraire un petit signal de mesure d'un ensemble de données », a noté le Dr Vogelsang, soulignant l'importance de cette capacité technologique.

La recherche a été menée au laboratoire de l’Université de Lund en Suède, dirigée par le professeur Anne L’Huillier, physicienne renommée et l’une des trois lauréates du prix Nobel de physique de l’année précédente. Le laboratoire de l’Université de Lund est l’un des rares au monde à être équipé pour des expériences aussi avancées.

Le Dr Vogelsang, qui a travaillé auparavant comme chercheur postdoctoral à l'Université de Lund, crée actuellement un laboratoire similaire à l'Université d'Oldenbourg. La collaboration entre ces deux institutions devrait se poursuivre, avec des plans pour explorer le comportement des électrons dans divers matériaux et nanostructures.

Depuis 2022, le Dr Vogelsang dirige le groupe de recherche en microscopie attoseconde à l’Université d’Oldenbourg, soutenu par le programme Emmy Noether de la Fondation allemande pour la recherche. Cette initiative reflète l’engagement de l’Allemagne à favoriser la recherche scientifique de pointe.

Rapport de recherche:Microscopie électronique à photoémission résolue en temps sur une surface de ZnO utilisant une paire d'impulsions attosecondes ultraviolettes extrêmes

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