Es kann der kleinste, kürzeste Chorentanz sein, der jemals aufgenommen wurde.
Wie in Wissenschaft FortschritteEin internationales Forscherteam beobachtete, wie Elektronen, die von ultraschnellen leichten Impulsen angeregt wurden, im Einklang um ein Teilchen, das weniger als ein Nanometer im Durchmesser ist, im Einklang tanzte. Die Forscher messen diesen Tanz mit beispiellose Präzision und erreichten die erste Messung dieser Art im Sub-Nanometer-Maßstab.
Der synchronisierte Elektronentanz, der als plasmonische Resonanz bezeichnet wird, kann das Licht für kurze Zeiträume einschränken. Diese lichtdurchlässige Fähigkeit wurde in einer Vielzahl von Bereichen angewendet, von Licht in chemische Energie bis hin zur Verbesserung der lichtempfindlichen Geräte und sogar der Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität. Während sie ausführlich in Systemen von mehreren Zentimetern bis zu den nur 10 Nanometern untersucht wurden, konnten die Forscher das erste Mal die „Nanometer -Barriere“ des Feldes brechen.
Die Studie wurde von Forschern des SLAC National Accelerator Laboratory und der Stanford University des Department of Energy in Zusammenarbeit mit Ludwig-Maximilians-universität München, Universität von Hamburg, Desy, Northwest Missouri State University, Polutecnico di Mailand Struktur und Dynamik der Materie.
Frühe Studien haben gezeigt, dass sich bei unglaublich kleinen Maßstäben plasmonische Resonanzen entstehen, neue Phänomene entstehen, sodass Licht mit beispiellose Präzision eingesperrt und kontrolliert werden kann. Dieses Merkmal macht das Verständnis genau, wie Resonanzen auf kleinen Maßstäben zu einem sehr interessanten Thema für Forscher spielen.
Um die plasmonische Resonanz besser zu verstehen, erregen die Forscher zuerst die Elektronen um ein Teilchen und warten darauf, dass sie ihre überschüssige Energie freisetzen, indem sie ein Elektron emittieren. Durch das Timing dieses Intervalls können Wissenschaftler bestimmen, ob echte Resonanz – bei allen Elektronen im Einklang – aufgetreten ist oder ob nur ein oder zwei Elektronen betroffen waren. Diese Resonanzen treten jedoch bei ultraschnellen Zeitskalen auf – bloße Attosekunden oder Milliarden von einer Milliardenstel Sekunden. Die Beobachtung dieser Resonanzen in Echtzeit lag außerhalb der Reichweite bestehender Technologien.
Glücklicherweise haben Fortschritte in der Lasertechnologie es Forschern ermöglicht, Elektronenbewegungen mit der Präzision der Attosekunden zu messen.
Unter Verwendung von Attosekunden, extremen ultravioletten Lichtimpulsen löste das Team das Verhalten von Elektronen in Fußball-Ball-förmigen Kohlenstoffmolekülen aus, die informell als „Buckyballs“ bekannt sind, die nur 0,7 Nanometer im Durchmesser messen. Sie zeigten den Prozess genau, von dem sofortigen Licht erregt die Elektronen bis zum Moment, in dem Elektronen emittiert wurden, wobei überschüssige Energie auskamen und die verbleibenden Elektronen in ihre üblichen Umlaufbahnen entspannen konnten. Jeder Zyklus dauerte zwischen 50 und 300 Attosekunden, und Messungen zeigten, dass sich die Elektronen mit starker Kohärenz verhalten, wie disziplinierte Tänzer, die im Einklang auftraten.
„Diese Ergebnisse zeigen zum ersten Mal, dass Attosekundenmessungen wertvolle Einblicke in plasmonische Resonanzen auf Skalen liefern können, die kleiner als ein Nanometer sind“, sagte Shubhadeep Biswas, der leitende Autor auf dem Papier und ein SLAC -Projektwissenschaftler.
Dieser Durchbruch ermöglicht es Forschern, eine neue Palette von superklammernden Partikeln zu bewerten, wodurch plasmonische Merkmale aufgedeckt werden, die die Effizienz bestehender Technologien verbessern und zu neuartigen Anwendungen führen können.
„Mit dieser Messung geben wir neue Erkenntnisse in das Zusammenspiel zwischen Elektronenkohärenz und Lichtbeschränkung in Sub-Nanometer-Maßstäben frei“ Division bei SLAC von LINAC Coherent Light Source, einem DOE Office of Science User Facility. „Diese Arbeit zeigt die Leistung von Attosekunden -Techniken und öffnet die Tür für neuartige Ansätze in Manipulationselektronen in zukünftigen ultraschnellen Elektronik, die mit einer Million -mal höheren Frequenzen als aktuelle Technologie operieren könnten.“
„Diese modernste Forschung eröffnet neue Wege für die Entwicklung ultra-kompakter Hochleistungsplattformen, auf denen lichtmaterielle Wechselwirkungen kontrolliert werden können, indem Quanteneffekte im Nanoskala ausgewählt werden“ Universität Hamburg, Hauptwissenschaftler bei Desy.
Diese Forschung am Stanford Pulse Institute ist Teil des Programms Ultrafast Chemical Sciences, das vom DOE Office of Science unterstützt wird.
