使用先进光脉冲进行纳米级电子运动分析

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使用先进的光脉冲进行纳米级电子运动分析

作者：罗伯特·施赖伯

德国奥尔登堡 (SPX) 10 年 2024 月 XNUMX 日

来自瑞典和德国的研究人员，包括奥尔登堡大学的 Jan Vogelsang 博士，在超快电子动力学的研究中取得了重大进展。他们的工作以前所未有的空间和时间分辨率跟踪了氧化锌晶体表面上的电子运动，标志着该领域的显着进步。

这项研究是快速发展的超快电子动力学领域的一部分，采用激光脉冲来观察纳米材料内的电子运动。该团队的实验详细发表在科学杂志《高级物理研究》上，展示了他们的方法在理解从纳米材料到新型太阳能电池技术等应用中的电子行为方面的潜力。

他们成功的核心是光电电子显微镜 (PEEM) 和阿秒物理技术的创新结合。 PEEM 是一种用于检查材料表面的技术，与持续时间极短的光脉冲配合使用，类似于在摄影中使用高速闪光灯，以激发并随后跟踪电子。 “这个过程很像摄影中捕捉快速运动的闪光灯，”福格桑博士解释道。

该领域的关键挑战之一是实现必要的时间精度来观察这些令人难以置信的快速电子运动。电子比原子核小得多且速度快，因此需要异常快速的测量技术。在不牺牲空间或时间分辨率的情况下，PEEM 与阿秒显微镜的集成是一项关键成就。福格申博士表达了团队的突破：“我们现在终于达到了可以使用阿秒脉冲在原子水平和纳米结构中详细研究光与物质相互作用的地步。”

该团队的实验方法极大地受益于每秒产生 200,000 阿秒闪光的高功率光源。该频率使得单个电子能够从晶体表面释放，从而可以不受干扰地研究它们的行为。 “每秒生成的脉冲越多，从数据集中提取小测量信号就越容易，”沃格桑博士指出，并强调了这种技术能力的重要性。

这项研究是在瑞典隆德大学实验室进行的，由著名物理学家、去年三位诺贝尔物理学奖得主之一 Anne L’Huillier 教授领导。隆德大学的实验室是世界上为数不多的配备此类先进实验设备的实验室之一。

Vogelsang博士曾在隆德大学担任博士后研究员，目前正在奥尔登堡大学建立一个类似的实验室。这两个机构之间的合作将继续下去，计划探索各种材料和纳米结构中的电子行为。

自 2022 年以来，福格申博士一直领导奥尔登堡大学的阿秒显微镜研究小组，并得到德国研究基金会艾美诺特计划的支持。这一举措反映了德国对促进尖端科学研究的承诺。

研究报告：使用极紫外阿秒脉冲对在 ZnO 表面上进行时间分辨光发射电子显微镜观察

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