Phân tích chuyển động điện tử ở cấp độ nano bằng xung ánh sáng tiên tiến

Được xuất bản lại bởi Plato

Người theo dõi: 0

Phân tích chuyển động của electron ở cấp độ nano bằng xung ánh sáng tiên tiến

bởi Robert Schreiber

Oldenburg, Đức (SPX) Ngày 10 tháng 2024 năm XNUMX

Các nhà nghiên cứu từ Thụy Điển và Đức, trong đó có Tiến sĩ Jan Vogelsang từ Đại học Oldenburg, đã đạt được những bước tiến đáng kể trong nghiên cứu động lực học electron cực nhanh. Công trình của họ theo dõi chuyển động của các electron trên bề mặt tinh thể oxit kẽm với độ phân giải không gian và thời gian chưa từng có, đánh dấu một tiến bộ đáng chú ý trong lĩnh vực này.

Cuộc nghiên cứu này, một phần của lĩnh vực động lực học điện tử cực nhanh đang phát triển nhanh chóng, đã sử dụng các xung laser để quan sát chuyển động của điện tử trong vật liệu nano. Các thí nghiệm của nhóm, được trình bày chi tiết trên tạp chí khoa học Nghiên cứu Vật lý Nâng cao, chứng minh tiềm năng của phương pháp tiếp cận của họ trong việc tìm hiểu hành vi của điện tử trong các ứng dụng từ vật liệu nano đến các công nghệ pin mặt trời mới.

Trọng tâm thành công của họ là sự kết hợp sáng tạo giữa kính hiển vi điện tử quang phát xạ (PEEM) và công nghệ vật lý atto giây. PEEM, một kỹ thuật dùng để kiểm tra bề mặt vật liệu, được kết hợp với các xung ánh sáng có thời gian cực ngắn, giống như sử dụng đèn flash tốc độ cao trong nhiếp ảnh, để kích thích và sau đó theo dõi các electron. Tiến sĩ Vogelsang giải thích: “Quá trình này giống như một đèn flash ghi lại chuyển động nhanh trong nhiếp ảnh”.

Một trong những thách thức chính trong lĩnh vực này là đạt được độ chính xác cần thiết về mặt thời gian để quan sát những chuyển động electron cực kỳ nhanh chóng này. Các electron, nhỏ hơn và nhanh hơn đáng kể so với hạt nhân nguyên tử, đòi hỏi các kỹ thuật đo cực kỳ nhanh. Việc tích hợp PEEM với kính hiển vi atto giây mà không làm mất đi độ phân giải không gian hoặc thời gian là một thành tựu quan trọng. Tiến sĩ Vogelsang bày tỏ sự đột phá của nhóm: “Cuối cùng chúng tôi đã đạt đến điểm có thể sử dụng xung atto giây để nghiên cứu chi tiết sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất ở cấp độ nguyên tử và trong cấu trúc nano”.

Phương pháp thử nghiệm của nhóm được hưởng lợi rất nhiều từ nguồn sáng công suất cao có khả năng tạo ra 200,000 tia chớp atto giây mỗi giây. Tần số này cho phép giải phóng từng electron khỏi bề mặt tinh thể, cho phép nghiên cứu hành vi của chúng mà không bị xáo trộn. Tiến sĩ Vogelsang lưu ý: “Bạn tạo ra càng nhiều xung mỗi giây thì việc trích xuất tín hiệu đo nhỏ từ tập dữ liệu càng dễ dàng hơn”, đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng của khả năng công nghệ này.

Nghiên cứu được tiến hành tại phòng thí nghiệm của Đại học Lund ở Thụy Điển, dẫn đầu bởi Giáo sư Tiến sĩ Anne L’Huillier, một nhà vật lý nổi tiếng và là một trong ba người đoạt giải Nobel về vật lý năm trước. Phòng thí nghiệm của Đại học Lund là một trong số ít phòng thí nghiệm trên thế giới được trang bị cho những thí nghiệm tiên tiến như vậy.

Tiến sĩ Vogelsang, người trước đây làm nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Lund, hiện đang thành lập một phòng thí nghiệm tương tự tại Đại học Oldenburg. Sự hợp tác giữa hai tổ chức này sẽ tiếp tục với kế hoạch khám phá hành vi của điện tử trong các vật liệu và cấu trúc nano khác nhau.

Từ năm 2022, Tiến sĩ Vogelsang đã lãnh đạo nhóm nghiên cứu Kính hiển vi Attosecond tại Đại học Oldenburg, được hỗ trợ bởi Chương trình Emmy Noether của Quỹ Nghiên cứu Đức. Sáng kiến này phản ánh cam kết của Đức trong việc thúc đẩy nghiên cứu khoa học tiên tiến.

Báo cáo nghiên cứu:Kính hiển vi điện tử quang hóa phân giải theo thời gian trên bề mặt ZnO sử dụng cặp xung atto giây cực tím

Liên kết liên quan

Đại học Oldenburg

Hóa học sao, vũ trụ và tất cả bên trong nó