Attosekunnin pulssitpaljasta ajan viiveen salaisuudet
Yhdysvaltalaiset tutkijat ovat attosekuntipulssien avulla paljastaneet uutta tietoa aiheestavalosähköinen ilmiö: thevalosähköinen emissioviive on jopa 700 attosekuntia, paljon aiemmin odotettua pidempi. Tämä uusin tutkimus haastaa olemassa olevat teoreettiset mallit ja edistää elektronien välisten vuorovaikutusten syvempää ymmärrystä, mikä johtaa sellaisten teknologioiden kehittämiseen kuin puolijohteet ja aurinkokennot.
Fotoelektrinen ilmiö viittaa ilmiöön, jossa valon osuessa metallipinnalla olevaan molekyyliin tai atomiin fotoni vuorovaikuttaa molekyylin tai atomin kanssa ja vapauttaa elektroneja. Tämä ilmiö ei ole ainoastaan yksi kvanttimekaniikan tärkeistä perusteista, vaan sillä on myös syvällinen vaikutus nykyaikaiseen fysiikkaan, kemiaan ja materiaalitieteeseen. Tällä alalla niin kutsuttu fotoemission viiveaika on kuitenkin ollut kiistanalainen aihe, ja erilaiset teoreettiset mallit ovat selittäneet sitä eriasteisesti, mutta yhtenäistä yksimielisyyttä ei ole muodostunut.
Koska attosekuntitiede on kehittynyt dramaattisesti viime vuosina, tämä uusi työkalu tarjoaa ennennäkemättömän tavan tutkia mikroskooppista maailmaa. Mittaamalla tarkasti erittäin lyhyillä aikaskaaloilla tapahtuvia tapahtumia tutkijat pystyvät saamaan enemmän tietoa hiukkasten dynaamisesta käyttäytymisestä. Viimeisimmässä tutkimuksessa he käyttivät Stanford Linac Centerin (SLAC) koherentin valonlähteen tuottamaa sarjaa voimakkaita röntgenpulsseja, jotka kestivät vain miljardisosa sekunnin (attosekunnin), ydinelektronien ionisoimiseen ja virittyneen molekyylin "potkaisemiseen" ulos.
Näiden vapautettujen elektronien trajektorien analysoimiseksi tarkemmin he käyttivät yksittäin virittyneitälaserpulssitmitata elektronien emissioaikoja eri suuntiin. Tämän menetelmän avulla he pystyivät laskemaan tarkasti elektronien välisen vuorovaikutuksen aiheuttamien eri momenttien väliset merkittävät erot, mikä vahvisti, että viive voi olla jopa 700 attosekuntia. On syytä huomata, että tämä löytö ei ainoastaan vahvista joitakin aiempia hypoteeseja, vaan myös herättää uusia kysymyksiä, minkä vuoksi asiaankuuluvia teorioita on tarkasteltava uudelleen ja tarkistettava.
Lisäksi tutkimus korostaa näiden aikaviiveiden mittaamisen ja tulkinnan tärkeyttä, sillä ne ovat ratkaisevan tärkeitä kokeellisten tulosten ymmärtämisen kannalta. Proteiinikristallografiassa, lääketieteellisessä kuvantamisessa ja muissa tärkeissä sovelluksissa, joissa röntgensäteiden vuorovaikutus aineen kanssa on yhteydessä toisiinsa, nämä tiedot ovat tärkeä perusta teknisten menetelmien optimoinnille ja kuvanlaadun parantamiselle. Siksi tiimi aikoo jatkaa erityyppisten molekyylien elektronisen dynamiikan tutkimista paljastaakseen uutta tietoa elektronisesta käyttäytymisestä monimutkaisemmissa systeemeissä ja niiden suhteesta molekyylirakenteeseen, mikä luo vankemman tietopohjan vastaavien teknologioiden kehittämiselle tulevaisuudessa.
Julkaisun aika: 24.9.2024