Nylig har University of British Columbia utviklet en ny type ekstrem ultrafiolett laserkilde som implementerer tidsavklart lysutslippsspektroskopi, som kan visualisere elektronspredningsprosessen på en ultrarask tid.
Optisk utslippsspektroskopi kan registrere ramme for ramme hvordan elektroner samhandler med visse atomvibrasjoner i faste stoffer, fange prosessen med å generere motstand i noen materialer, og prosessen med å generere superledningsevne og andre makroskopiske kvantefenomener i andre materialer. Spredningshendelsene mellom vibrasjoner og elektroner kalles fononer, noe som kan føre til at elektroner endrer retning og energi. Denne elektron-phonon interaksjonen er grunnlaget for mange merkelige faser av materie.
Forskerne sa at måten elektroner samhandler på og deres mikroskopiske miljø bestemmer egenskapene til alle faste stoffer. Når vi har bestemt de viktigste mikroskopiske interaksjonene som bestemmer egenskapene til materialer, kan vi finne måter å øke eller redusere interaksjonene på, og dermed skaffe nyttige elektroner. prestasjon.
Forskere bruker ultra-korte laserpulser for å begeistre individuelle elektroner fra sitt vanlige likevektsmiljø; bruk deretter en ekstra laserpuls, kameralukkeren, for å fange elektroner spredt raskere enn de omkringliggende atomene på en tidsskala enn ett billion poeng Ett sekund er raskt. Forskerne sa: "På grunn av den høye følsomheten til enheten vår, kan vi direkte måle hvordan begeistrede elektroner samhandler med spesifikke atomvibrasjoner eller fononer for første gang."
Forskerne utførte eksperimenter på grafitt, ved hjelp av tids- og vinkelavklart fotoemisjonsspektroskopi for å begeistre elektroner i grafitten og overvåke forfallet, samtidig som de slapp fononer. Tidskonstanten i forfallsprosessen gir direkte informasjon for elektronfononkoblingen som oppstår i det eksperimentelle systemet. Forskerne sier at spredningsprosessen som produserer motstand kan begrense anvendelsen av karbonbasert elektronikk innen nanoelektronikk.
Kontroll av samspillet mellom elektroner og atomer er viktig for anvendelsen av kvantematerialer, inkludert superledere. Superledere brukes i MR-maskiner og høyhastighets magnetiske levitasjonstog, og kan brukes til energioverføring i fremtiden. Professor Andrea Damaselli sa: "Ved å bruke disse banebrytende teknologiene, er vi nå i ferd med å avsløre mysteriet om høytemperatur superledningsevne og mange andre fascinerende fenomener av kvantemateriale."
(Hovedbilder fra University of British Columbia)
