Φυσικοί μέτρησαν τον χρόνο καθυστέρησης φωτοεκπομπής ηλεκτρονίων χωρίς τη χρήση ρολογιού

Φυσικοί κατάφεραν να μετρήσουν το απειροελάχιστο χρόνο καθυστέρησης στη φωτοεκπομπή ηλεκτρονίων χωρίς τη χρήση ρολογιού. Η μέτρηση αυτή έχει σημαντικές επιπτώσεις για τη βασική έρευνα και την πρόοδο της τεχνολογίας αιχμής.

Όταν φωτόνια κτυπούν πάνω σε ορισμένα υλικά, τα αναγκάζει να εκπέμψουν ηλεκτρόνια. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται φωτοεκπομπή και ανακαλύφθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1905, χαρίζοντάς του το βραβείο Νόμπελ. Αλλά μόνο τα τελευταία χρόνια, με τις προόδους στην τεχνολογία λέιζερ, οι επιστήμονες ήταν σε θέση να προσεγγίσουν τον απίστευτα σύντομα χρονοδιαγραμμάτων των φωτοεκπομπών.

Τώρα μια ομάδα φυσικών, αναφέρουν σε μια νέα μελέτη η οποία δημοσιεύθηκε στην επιστημονική επιθεώρηση Physical Review Letters, ότι έχουν πλέον καθορίσει μια καθυστέρηση του ενός δισεκατομμυριοστού του ενός δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου σε φωτοεκπομπή με τη μέτρηση της περιστροφής (spin) των ηλεκτρονίων χωρίς την ανάγκη παλμών λέιζερ.

Η φωτοεκπομπή έχει αποδειχθεί ότι είναι ένα σημαντικό φαινόμενο, με την χρήση του ως πλατφόρμα για τεχνικές φασματοσκοπίας αιχμής, κάτι που επιτρέπει στους επιστήμονες να μελετήσουν τις ιδιότητες των ηλεκτρονίων σε ένα στερεό. Μια τέτοια ιδιότητα των ηλεκτρονίων είναι η στροφορμή (spin), μια εγγενής κβαντική ιδιότητα των σωματιδίων που τα κάνει να μοιάζουν σαν να περιστρέφονται γύρω από τον άξονά τους.

Ο βαθμός στον οποίο αυτός ο άξονας είναι ευθυγραμμισμένος προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση αναφέρεται ως πόλωση της στροφορμής, το οποίο είναι αυτό που δίνει σε κάποια υλικά, όπως ο σίδηρος, μαγνητικές ιδιότητες.

Παρά το γεγονός ότι υπήρξε μεγάλη πρόοδος στη χρήση της φωτοεκπομπής και της πόλωσης στροφορμής των φωτο-εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων, η χρονική κλίμακα στην οποία όλη αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα, δεν είχε διερευνηθεί με μεγάλη λεπτομέρεια. Η κοινή παραδοχή είναι ότι, όταν το φως φθάνει στο υλικό, τα ηλεκτρόνια άμεσα διεγείρονται και εκπέμπονται. Αλλά πιο πρόσφατες μελέτες με τη χρήση προηγμένης τεχνολογίας λέιζερ το έχουν αμφισβητήσει αυτό, κάτι που δείχνει ότι υπάρχει πραγματικά μια χρονική καθυστέρηση στην κλίμακα του αττοδευτερολέπτου.

Στη νέα τους μελέτη οι φυσικοί, έδειξαν ότι κατά τη διάρκεια της φωτοεκπομπής, η πόλωση της στροφορμής των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων σχετίζεται με τον χρόνο αττοδευτερολέπτων καθυστέρησης της φωτοεκπομπής. Το πιο σημαντικό όμως είναι, ότι έχουν δείξει αυτό χωρίς την ανάγκη για οποιαδήποτε πειραματική ανάλυση χρόνου ή μέτρηση (ουσιαστικά χωρίς την ανάγκη για ένα ρολόι). Για να το επιτύχουν αυτό οι φυσικοί χρησιμοποίησαν ένα είδος φασματοσκοπίας φωτοεκπομπής (SARPES) για να μετρήσουν την στροφορμή των ηλεκτρονίων τα οποία είχαν εκπεμφθεί από ένα κρύσταλλο χαλκού.

Παραπομπές

Mauro Fanciulli, Henrieta Volfová, Stefan Muff, Jürgen Braun, Hubert Ebert, Jan Minár, Ulrich Heinzmann, J. Hugo Dil. Spin polarization and attosecond time delay in photoemission from spin degenerate states of solids. Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.067402

ΑΝΔΡΕΑΣ ΓΡΗΓΟΡΙΟΥ

Παιδί της επιστήμης και της τεχνολογίας, παρέα με ένα γάτο κοιτάζει το σύμπαν και θέτει ερωτήσεις

You may also like...

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *