Vor kurzem hat die University of British Columbia eine neue Art von extrem ultravioletter Laserquelle entwickelt, die zeitaufgelöste Lichtemissionsspektroskopie implementiert, die den Elektronenstreuprozess in einer ultraschnellen Zeit visualisieren kann.
Die optische Emissionsspektroskopie kann Bild für Bild aufzeichnen, wie Elektronen mit bestimmten atomaren Schwingungen in Festkörpern interagieren, den Prozess der Widerstandserzeugung in einigen Materialien und den Prozess der Erzeugung von Supraleitung und anderen makroskopischen Quantenphänomenen in anderen Materialien erfassen. Die Streuereignisse zwischen Schwingung und Elektronen werden Phononen genannt, die dazu führen können, dass Elektronen Richtung und Energie ändern. Diese Elektron-Phonon-Wechselwirkung ist die Grundlage vieler seltsamer Phasen der Materie.
Die Forscher sagten, dass die Art und Weise, wie Elektronen interagieren und ihre mikroskopische Umgebung die Eigenschaften aller Festkörper bestimmen. Sobald wir die wichtigsten mikroskopischen Wechselwirkungen bestimmt haben, die die Eigenschaften von Materialien bestimmen, können wir Wege finden, die Wechselwirkungen zu erhöhen oder zu verringern und dadurch nützliche Elektronen zu erhalten. Leistung.
Forscher verwenden ultrakurze Laserpulse, um einzelne Elektronen aus ihrer üblichen Gleichgewichtsumgebung anzuregen; Verwenden Sie dann einen zweiten Laserpuls, den Kameraverschluss, um Elektronen zu erfassen, die schneller streuen als die umgebenden Atome auf einer Zeitskala als eine Billion Punkte Eine Sekunde ist schnell. Die Forscher sagten: "Aufgrund der hohen Empfindlichkeit unseres Geräts können wir zum ersten Mal direkt messen, wie angeregte Elektronen mit bestimmten atomaren Schwingungen oder Phononen interagieren."
Die Forscher führten Experimente an Graphit durch, wobei sie zeit- und winkelaufgelöste Photoemissionsspektroskopie verwendeten, um Elektronen im Graphit anzuregen und ihren Zerfall zu überwachen, während Phononen freigesetzt wurden. Die Zeitkonstante des Zerfallsprozesses liefert direkte Informationen für die Elektron-Phonon-Kopplung, die im experimentellen System auftritt. Die Forscher sagen, dass der Streuprozess, der Widerstand erzeugt, die Anwendung von kohlenstoffbasierter Elektronik im Bereich der Nanoelektronik einschränken könnte.
Die Kontrolle der Wechselwirkung zwischen Elektronen und Atomen ist wichtig für die Anwendung von Quantenmaterialien einschließlich Supraleitern. Supraleiter werden in MRT-Maschinen und Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahnen eingesetzt und können in Zukunft zur Energieübertragung eingesetzt werden. Professor Andrea Damaselli sagte: "Durch die Anwendung dieser Spitzentechnologien sind wir nun dabei, das Geheimnis der Hochtemperatur-Supraleitung und vieler anderer faszinierender Phänomene der Quantenmaterie zu enthüllen."
(Hauptbilder von der University of British Columbia)
