Недавно Университет Британской Колумбии разработал новый тип экстремального ультрафиолетового лазерного источника, который реализует спектроскопию светового излучения с временным разрешением, которая может визуализировать процесс рассеяния электронов в сверхбыстрое время.
Оптическая эмиссионная спектроскопия может записывать кадр за кадром, как электроны взаимодействуют с определенными атомными колебаниями в твердых телах, захватывать процесс создания сопротивления в одних материалах и процесс генерации сверхпроводимости и других макроскопических квантовых явлений в других материалах. События рассеяния между вибрацией и электронами называются фононами, которые могут заставить электроны изменить направление и энергию. Это электрон-фононное взаимодействие является основой многих странных фаз материи.
Исследователи заявили, что то, как взаимодействуют электроны и их микроскопическая среда, определяют свойства всех твердых тел. После того, как мы определили основные микроскопические взаимодействия, определяющие свойства материалов, мы можем найти способы увеличения или уменьшения взаимодействий, тем самым получая полезные электроны. производительность.
Исследователи используют ультракороткие лазерные импульсы для возбуждения отдельных электронов из их обычной равновесной среды; затем используйте второй лазерный импульс, затвор камеры, чтобы захватить электроны, рассеиваемые быстрее, чем окружающие атомы в масштабе времени, превышающем один триллион точек Одна секунда быстра. Исследователи сказали: «Из-за высокой чувствительности нашего устройства мы можем напрямую измерить, как возбужденные электроны впервые взаимодействуют с конкретными атомными колебаниями или фононами».
Исследователи провели эксперименты на графите, используя фотоэмиссионную спектроскопию с временным и угловым разрешением, чтобы возбуждать электроны в графите и контролировать их распад, высвобождая фононы. Постоянная времени процесса распада дает прямую информацию для электрон-фононной связи, которая происходит в экспериментальной системе. Исследователи говорят, что процесс рассеяния, который производит сопротивление, может ограничить применение электроники на основе углерода в области наноэлектроники.
Управление взаимодействием между электронами и атомами важно для применения квантовых материалов, включая сверхпроводники. Сверхпроводники используются в аппаратах МРТ и высокоскоростных поездах магнитной левитации и могут быть использованы для передачи энергии в будущем. Профессор Андреа Дамаселли сказал: «Применяя эти передовые технологии, мы теперь собираемся раскрыть тайну высокотемпературной сверхпроводимости и многих других увлекательных явлений квантовой материи».
(Основные фотографии из Университета Британской Колумбии)
