Analiza ruchu elektronów w nanoskali przy użyciu zaawansowanych impulsów świetlnych

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Analiza ruchu elektronów w nanoskali przy użyciu zaawansowanych impulsów świetlnych

przez Roberta Schreibera

Oldenburg, Niemcy (SPX), 10 stycznia 2024 r

Naukowcy ze Szwecji i Niemiec, w tym dr Jan Vogelsang z Uniwersytetu w Oldenburgu, poczynili znaczące postępy w badaniach dynamiki ultraszybkich elektronów. Ich praca, polegająca na śledzeniu ruchu elektronów na powierzchni kryształów tlenku cynku z niespotykaną dotąd rozdzielczością przestrzenną i czasową, stanowi znaczący postęp w tej dziedzinie.

W badaniu tym, będącym częścią szybko rozwijającej się dziedziny ultraszybkiej dynamiki elektronów, wykorzystano impulsy laserowe do obserwacji ruchu elektronów w nanomateriałach. Eksperymenty zespołu, szczegółowo opisane w czasopiśmie naukowym Advanced Physics Research, pokazują potencjał ich podejścia w zrozumieniu zachowania elektronów w zastosowaniach od nanomateriałów po nowatorskie technologie ogniw słonecznych.

Kluczem do sukcesu było innowacyjne połączenie fotoemisyjnej mikroskopii elektronowej (PEEM) i technologii fizyki attosekundowej. PEEM, technikę stosowaną do badania powierzchni materiałów, połączono z niezwykle krótkimi impulsami świetlnymi, co przypomina wykorzystanie w fotografii szybkiej lampy błyskowej w celu wzbudzenia, a następnie śledzenia elektronów. „Proces ten przypomina fotografowanie szybkiego ruchu za pomocą lampy błyskowej” – wyjaśnił dr Vogelsang.

Jednym z kluczowych wyzwań w tej dziedzinie było osiągnięcie niezbędnej precyzji czasowej, aby móc obserwować te niezwykle szybkie ruchy elektronów. Elektrony, znacznie mniejsze i szybsze od jąder atomowych, wymagają wyjątkowo szybkich technik pomiarowych. Kluczowym osiągnięciem była integracja PEEM z mikroskopią attosekundową, bez utraty rozdzielczości przestrzennej i czasowej. Dr Vogelsang tak wyraził przełom dokonany przez zespół: „W końcu dotarliśmy do punktu, w którym możemy wykorzystać impulsy attosekundowe do szczegółowego badania interakcji światła i materii na poziomie atomowym i w nanostrukturach”.

Eksperymentalne podejście zespołu w znacznym stopniu skorzystało na zastosowaniu źródła światła o dużej mocy, zdolnego do generowania 200,000 XNUMX attosekundowych błysków na sekundę. Częstotliwość ta umożliwiła uwolnienie pojedynczych elektronów z powierzchni kryształu, pozwalając na niezakłócone badanie ich zachowania. „Im więcej impulsów na sekundę wygenerujesz, tym łatwiej będzie wyodrębnić niewielki sygnał pomiarowy ze zbioru danych” – zauważył dr Vogelsang, podkreślając znaczenie tych możliwości technologicznych.

Badania przeprowadzono w laboratorium Uniwersytetu w Lund w Szwecji, pod kierunkiem profesor dr Anne L’Huillier, uznanej fizyk i jednej z trzech ubiegłorocznych laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki. Laboratorium Uniwersytetu w Lund jest jednym z niewielu na świecie wyposażonym do tak zaawansowanych eksperymentów.

Dr Vogelsang, który wcześniej pracował jako pracownik naukowy ze stopniem doktora na Uniwersytecie w Lund, obecnie tworzy podobne laboratorium na Uniwersytecie w Oldenburgu. Współpraca między tymi dwiema instytucjami będzie kontynuowana i planuje zbadać zachowanie elektronów w różnych materiałach i nanostrukturach.

Od 2022 r. dr Vogelsang kieruje grupą badawczą zajmującą się mikroskopią attosekundową na Uniwersytecie w Oldenburgu, wspieraną przez program Emmy Noether Niemieckiej Fundacji Badawczej. Inicjatywa ta odzwierciedla zaangażowanie Niemiec we wspieranie najnowocześniejszych badań naukowych.

Raport z badań:Mikroskopia elektronowa z fotoemisją rozdzielczą w czasie na powierzchni ZnO przy użyciu pary attosekundowych impulsów ekstremalnego ultrafioletu

Linki pokrewne

Uniwersytet w Oldenburgu

Gwiezdna chemia, wszechświat i wszystko w nim