Elektronrörelseanalys i nanoskala med hjälp av avancerade ljuspulser

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Elektronrörelseanalys i nanoskala med hjälp av avancerade ljuspulser

av Robert Schreiber

Oldenburg, Tyskland (SPX) 10 januari 2024

Forskare från Sverige och Tyskland, inklusive Dr Jan Vogelsang från universitetet i Oldenburg, har gjort betydande framsteg i studiet av ultrasnabb elektrondynamik. Deras arbete, som spårade rörelsen av elektroner på ytan av zinkoxidkristaller med oöverträffad rumslig och tidsmässig upplösning, markerar ett anmärkningsvärt framsteg inom området.

Denna undersökning, en del av den snabbt utvecklande domänen av ultrasnabb elektrondynamik, använde laserpulser för att observera elektronrörelser i nanomaterial. Teamets experiment, som beskrivs i vetenskapstidskriften Advanced Physics Research, visar potentialen i deras tillvägagångssätt för att förstå elektronbeteende i tillämpningar som sträcker sig från nanomaterial till nya solcellsteknologier.

Centralt för deras framgång var den innovativa kombinationen av fotoemissionselektronmikroskopi (PEEM) och attosecond-fysikteknologi. PEEM, en teknik som används för att undersöka materialytor, parades med extremt kortvariga ljuspulser, liknande att använda en höghastighetsblixt i fotografering, för att excitera och därefter spåra elektroner. "Processen är ungefär som en blixt som fångar en snabb rörelse inom fotografering," förklarade Dr Vogelsang.

En av de viktigaste utmaningarna på detta område har varit att uppnå den nödvändiga tidsprecisionen för att observera dessa otroligt snabba elektronrörelser. Elektroner, betydligt mindre och snabbare än atomkärnor, kräver exceptionellt snabba mättekniker. Integreringen av PEEM med attosekundsmikroskopi, utan att offra rumslig eller tidsmässig upplösning, var en avgörande prestation. Dr Vogelsang uttryckte lagets genombrott: "Vi har nu äntligen nått den punkt där vi kan använda attosekundspulser för att i detalj undersöka interaktionen mellan ljus och materia på atomnivå och i nanostrukturer."

Teamets experimentella tillvägagångssätt hade stor nytta av en kraftfull ljuskälla som kan generera 200,000 XNUMX attosekundsblixtar per sekund. Denna frekvens möjliggjorde frigörandet av individuella elektroner från kristallytan, vilket möjliggjorde en ostörd studie av deras beteende. "Ju fler pulser per sekund du genererar, desto lättare är det att extrahera en liten mätsignal från en datauppsättning," noterade Dr. Vogelsang och lyfte fram vikten av denna tekniska förmåga.

Forskningen utfördes vid Lunds universitets laboratorium i Sverige, ledd av professor Dr. Anne L’Huillier, en känd fysiker och en av de tre nobelpristagarna i fysik från föregående år. Lunds universitets laboratorium är bland de få i världen utrustade för sådana avancerade experiment.

Dr Vogelsang, som tidigare arbetat som postdoktor vid Lunds universitet, håller just nu på att etablera ett liknande laboratorium vid universitetet i Oldenburg. Samarbetet mellan dessa två institutioner kommer att fortsätta, med planer på att utforska elektronbeteende i olika material och nanostrukturer.

Sedan 2022 har Dr. Vogelsang lett forskningsgruppen Attosecond Microscopy vid universitetet i Oldenburg, med stöd av den tyska forskningsstiftelsens Emmy Noether-program. Detta initiativ återspeglar Tysklands engagemang för att främja banbrytande vetenskaplig forskning.

Forskningsrapport:Tidsupplöst fotoemissionselektronmikroskopi på en ZnO-yta med användning av ett extremt ultraviolett attosekundspulspar

Relaterade länkar

University of Oldenburg

Stjärnkemi, universum och allt inom det