Nedávno vyvinula Univerzita v Britskej Kolumbii nový typ zdroja ultrafialového laseru, ktorý implementuje časovo rozlíšenú emisnú spektroskopiu, ktorá dokáže vizualizovať proces rozptylu elektrónov v ultrarýchlom čase.
Optická emisná spektroskopia môže snímať snímku po snímke, ako elektróny interagujú s určitými atómovými vibráciami v tuhých látkach, zachytávať proces generovania odporu v niektorých materiáloch a proces generovania supravodivosti a ďalších makroskopických kvantových javov v iných materiáloch. Rozptylové deje medzi vibráciami a elektrónmi sa nazývajú fonóny, čo môže spôsobiť, že elektróny budú meniť smer a energiu. Táto interakcia elektrón-fonón je základom mnohých podivných fáz hmoty.
Vedci tvrdia, že spôsob interakcie elektrónov a ich mikroskopické prostredie určujú vlastnosti všetkých pevných látok. Keď sme určili hlavné mikroskopické interakcie, ktoré určujú vlastnosti materiálov, môžeme nájsť spôsoby, ako tieto interakcie zvýšiť alebo znížiť, čím sa získajú užitočné elektróny. výkon.
Vedci používajú ultrakrátke laserové impulzy na excitáciu jednotlivých elektrónov z ich obvyklého rovnovážneho prostredia; potom použite druhý laserový impulz, uzávierku kamery, na zachytenie elektrónov rozptyľujúcich sa rýchlejšie ako okolité atómy v časovej škále než jeden bilión bodov Jedna sekunda je rýchla. Vedci povedali:&„Kvôli vysokej citlivosti nášho prístroja môžeme priamo merať, ako excitované elektróny interagujú so špecifickými atómovými vibráciami alebo fonónmi po prvýkrát."
Vedci uskutočnili experimenty na grafite pomocou fotoemisnej spektroskopie s časovým a uhlovým rozlíšením na excitáciu elektrónov v grafite a na sledovanie ich rozpadu pri uvoľňovaní fonónov. Časová konštanta procesu rozpadu poskytuje priame informácie o väzbe elektrón-fonón, ktorá sa vyskytuje v experimentálnom systéme. Vedci tvrdia, že proces rozptylu, ktorý vytvára odpor, môže obmedziť použitie elektroniky na báze uhlíka v oblasti nanoelektroniky.
Kontrola interakcie medzi elektrónmi a atómami je dôležitá pre aplikáciu kvantových materiálov vrátane supravodičov. Supravodiče sa používajú v prístrojoch na magnetickú rezonanciu a vo vysokorýchlostných vlakoch na magnetickú levitáciu a v budúcnosti ich možno použiť na prenos energie. Profesor Andrea Damaselli povedal:" Použitím týchto špičkových technológií sa teraz chystáme odhaliť tajomstvo vysokoteplotnej supravodivosti a mnoho ďalších fascinujúcich javov kvantovej hmoty."
(Hlavné obrázky z University of British Columbia)
