Niedawno Uniwersytet Kolumbii Brytyjskiej opracował nowy rodzaj ekstremalnego źródła lasera ultrafioletowego, który implementuje spektroskopię emisji światła, która może wizualizować proces rozpraszania elektronów w bardzo szybkim czasie.
Optyczna spektroskopia emisji może rejestrować klatka po klatce, w jaki sposób elektrony oddziałują z pewnymi wibracjami atomowymi w ciałach stałych, przechwytują proces generowania rezystancji w niektórych materiałach oraz proces generowania nadprzewodnictwa i innych makroskopowych zjawisk kwantowych w innych materiałach. Zdarzenia rozpraszające między wibracjami a elektronami nazywane są fononami, co może powodować zmianę kierunku i energii elektronów. Ta interakcja elektron-fonon jest podstawą wielu dziwnych faz materii.
Naukowcy stwierdzili, że sposób interakcji elektronów i ich mikroskopijne środowisko determinują właściwości wszystkich ciał stałych. Po określeniu głównych mikroskopijnych interakcji, które określają właściwości materiałów, możemy znaleźć sposoby na zwiększenie lub zmniejszenie interakcji, uzyskując w ten sposób użyteczne elektrony. wydajność.
Naukowcy wykorzystują ultrakrótkie impulsy laserowe do pobudzania poszczególnych elektronów ze zwykłego środowiska równowagi; następnie użyj drugiego impulsu laserowego, migawki aparatu, aby uchwycić elektrony rozpraszać szybciej niż otaczające atomy w skali czasu niż jeden bilion punktów Jedna sekunda jest szybka. Naukowcy stwierdzili: "Ze względu na wysoką czułość naszego urządzenia, możemy bezpośrednio zmierzyć, w jaki sposób po podekscytowane elektrony po raz pierwszy oddziałują z określonymi wibracjami atomowymi lub fononami".
Naukowcy przeprowadzili eksperymenty na grafit, wykorzystując spektroskopię fotoemisji z rozpoznaną w czasie i kątem kąta, aby pobudzać elektrony w grafitie i monitorować ich rozpad, uwalniając fonony. Stała czasowa procesu rozpadu dostarcza bezpośrednich informacji o sprzężeniu elektron-fonon, które występuje w układzie doświadczalnym. Naukowcy twierdzą, że proces rozpraszania, który wytwarza odporność, może ograniczyć stosowanie elektroniki opartej na węglu w dziedzinie nanoelektroniki.
Kontrolowanie interakcji między elektronami i atomami jest ważne dla stosowania materiałów kwantowych, w tym nadprzewodników. Nadprzewodniki są stosowane w maszynach MRI i szybkich magnetycznych pociągach lewitacyjnych i mogą być wykorzystywane do przesyłu energii w przyszłości. Profesor Andrea Damaselli powiedział: "Stosując te najnowocześniejsze technologie, mamy teraz zamiar odsłonić tajemnicę nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego i wielu innych fascynujących zjawisk materii kwantowej."
(Główne zdjęcia z University of British Columbia)
