For nylig har University of British Columbia udviklet en ny type ekstrem ultraviolet laserkilde, der implementerer tidsopløst lysemissionsspektroskopi, som kan visualisere elektronspredningsprocessen i en ultrahurtig tid.
Optisk emissionsspektroskopi kan optage ramme for ramme, hvordan elektroner interagerer med visse atomvibrationer i faste stoffer, fanger processen med at generere modstand i nogle materialer og processen med at generere superledningsevne og andre makroskopiske kvantefænomener i andre materialer. Spredningshændelserne mellem vibrationer og elektroner kaldes fononer, som kan få elektroner til at ændre retning og energi. Denne elektron-phonon-interaktion er grundlaget for mange underlige faser af stof.
Forskerne sagde, at måden, hvorpå elektroner interagerer, og deres mikroskopiske miljø bestemmer egenskaberne for alle faste stoffer. Når vi først har bestemt de vigtigste mikroskopiske interaktioner, der bestemmer materialernes egenskaber, kan vi finde måder til at øge eller mindske interaktionerne og derved opnå nyttige elektroner. ydeevne.
Forskere bruger ultrakorte laserimpulser til at excitere individuelle elektroner fra deres sædvanlige ligevægtsmiljø; brug derefter en anden laserpuls, kameralukkeren, til at fange elektroner spredt hurtigere end de omgivende atomer på en tidsskala end en billion punkter Et sekund er hurtigt. Forskerne sagde," På grund af vores enheds høje følsomhed kan vi direkte måle, hvordan ophidsede elektroner interagerer med specifikke atomvibrationer eller fononer for første gang."
Forskerne gennemførte eksperimenter med grafit ved hjælp af tids- og vinkelopløst fotoemissionsspektroskopi for at excitere elektroner i grafitten og overvåge deres henfald, mens de frigiver fononer. Tidskonstanten for henfaldsprocessen giver direkte information om elektron-phonon-koblingen, der forekommer i det eksperimentelle system. Forskerne siger, at spredningsprocessen, der producerer modstand, kan begrænse anvendelsen af kulstofbaseret elektronik inden for nanoelektronik.
Styring af interaktionen mellem elektroner og atomer er vigtig for anvendelsen af kvantematerialer inklusive superledere. Superledere bruges i MR-maskiner og højhastigheds magnetiske levitationstog og kan bruges til energitransmission i fremtiden. Professor Andrea Damaselli sagde:" Ved at anvende disse banebrydende teknologier er vi nu ved at afsløre mysteriet med højtemperatur superledningsevne og mange andre fascinerende fænomener med kvantemateriale."
(Hovedbilleder fra University of British Columbia)
