การวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนระดับนาโนโดยใช้พัลส์แสงขั้นสูง

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

การวิเคราะห์การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนระดับนาโนโดยใช้พัลส์แสงขั้นสูง

โดย โรเบิร์ต ชไรเบอร์

โอลเดนบูร์ก เยอรมนี (SPX) 10 มกราคม 2024

นักวิจัยจากสวีเดนและเยอรมนี รวมถึง Dr. Jan Vogelsang จากมหาวิทยาลัย Oldenburg มีความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการศึกษาพลวัตของอิเล็กตรอนที่เร็วมาก งานของพวกเขาซึ่งติดตามการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนบนพื้นผิวของผลึกซิงค์ออกไซด์ด้วยความละเอียดเชิงพื้นที่และเชิงเวลาอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ถือเป็นความก้าวหน้าที่โดดเด่นในสาขานี้

การตรวจสอบนี้ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของขอบเขตการพัฒนาอย่างรวดเร็วของพลวัตของอิเล็กตรอนที่เร็วมาก ใช้พัลส์เลเซอร์เพื่อสังเกตการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนภายในวัสดุนาโน การทดลองของทีมซึ่งมีรายละเอียดในวารสารวิทยาศาสตร์ Advanced Physics Research แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของแนวทางในการทำความเข้าใจพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในการใช้งานตั้งแต่วัสดุนาโนไปจนถึงเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์แบบใหม่

หัวใจสำคัญของความสำเร็จคือการผสมผสานนวัตกรรมระหว่างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านแสง (PEEM) และเทคโนโลยีฟิสิกส์ระดับอะตอมวินาที PEEM ซึ่งเป็นเทคนิคที่ใช้ในการตรวจสอบพื้นผิวของวัสดุ ถูกจับคู่กับพัลส์แสงที่มีระยะเวลาสั้นมาก คล้ายกับการใช้แฟลชความเร็วสูงในการถ่ายภาพ เพื่อกระตุ้นและติดตามอิเล็กตรอนในเวลาต่อมา “กระบวนการนี้เหมือนกับแฟลชที่จับภาพการเคลื่อนไหวที่รวดเร็วในการถ่ายภาพ” ดร. โวเกลซังอธิบาย

หนึ่งในความท้าทายที่สำคัญในสาขานี้คือการบรรลุความแม่นยำเชิงเวลาที่จำเป็นในการสังเกตการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่รวดเร็วอย่างไม่น่าเชื่อเหล่านี้ อิเล็กตรอนซึ่งมีขนาดเล็กกว่าและเร็วกว่านิวเคลียสของอะตอมอย่างมาก ต้องใช้เทคนิคการวัดที่รวดเร็วเป็นพิเศษ การรวม PEEM เข้ากับกล้องจุลทรรศน์แบบ attosecond โดยไม่ต้องเสียสละความละเอียดเชิงพื้นที่หรือเชิงเวลาถือเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญ ดร. โวเกลซังกล่าวถึงความก้าวหน้าของทีมว่า "ในที่สุดเราก็มาถึงจุดที่เราสามารถใช้พัลส์แอตโตวินาทีเพื่อตรวจสอบรายละเอียดปฏิสัมพันธ์ของแสงและสสารในระดับอะตอมและในโครงสร้างนาโน"

วิธีการทดลองของทีมได้รับประโยชน์อย่างมากจากแหล่งกำเนิดแสงกำลังสูงที่สามารถสร้างแสงวาบ 200,000 อัตโตวินาทีต่อวินาที ความถี่นี้ทำให้เกิดการปลดปล่อยอิเล็กตรอนแต่ละตัวออกจากพื้นผิวคริสตัล ทำให้สามารถศึกษาพฤติกรรมของพวกมันได้โดยไม่ถูกรบกวน “ยิ่งคุณสร้างพัลส์ต่อวินาทีมากเท่าไร การดึงสัญญาณการวัดขนาดเล็กจากชุดข้อมูลก็จะยิ่งง่ายขึ้นเท่านั้น” ดร.โวเกลซังตั้งข้อสังเกต โดยเน้นย้ำถึงความสำคัญของความสามารถทางเทคโนโลยีนี้

การวิจัยนี้ดำเนินการที่ห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยลุนด์ในประเทศสวีเดน นำโดยศาสตราจารย์ ดร. แอนน์ ลูลิเยร์ นักฟิสิกส์ชื่อดังและเป็นหนึ่งในสามผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากปีที่แล้ว ห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัย Lund เป็นหนึ่งในไม่กี่แห่งในโลกที่มีอุปกรณ์สำหรับการทดลองขั้นสูงเช่นนี้

ดร.โวเกลซัง ซึ่งก่อนหน้านี้เคยทำงานเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยลุนด์ กำลังก่อตั้งห้องปฏิบัติการที่คล้ายกันที่มหาวิทยาลัยโอลเดนบูร์ก ความร่วมมือระหว่างทั้งสองสถาบันนี้มีกำหนดจะดำเนินต่อไป โดยมีแผนจะสำรวจพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในวัสดุต่างๆ และโครงสร้างนาโน

ตั้งแต่ปี 2022 ดร.โวเกลแซงได้เป็นผู้นำกลุ่มวิจัยกล้องจุลทรรศน์แอตโตวินาทีที่มหาวิทยาลัยโอลเดนบูร์ก โดยได้รับการสนับสนุนจากโครงการ Emmy Noether Programme ของ German Research Foundation โครงการริเริ่มนี้สะท้อนให้เห็นถึงความมุ่งมั่นของเยอรมนีในการส่งเสริมการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่ล้ำสมัย

รายงานการวิจัย:กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบปล่อยแสงแบบแก้ไขเวลาบนพื้นผิว ZnO โดยใช้คู่พัลส์อัลตราไวโอเลตระดับแอตโตวินาทีที่รุนแรง

ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง

มหาวิทยาลัยโอลเดนบูร์ก

Stellar Chemistry จักรวาลและทุกสิ่งภายในนั้น