Новая лазерная техника изображения квантового мира в одну триллионную секунды

Впервые, исследователям удалось записать, кадр за кадром, как электрон взаимодействует с определенным колебаний атомов в твердом теле. Техника захватывает процесс, который часто вызывает электрическое сопротивление материалов, а в других, может привести прямо противоположное-отсутствие сопротивления, или сверхпроводимости.

«То, как электроны взаимодействуют друг с другом и их микроскопические среды определяет свойства всех твердых тел», — сказал MengXing на Университете Британской Колумбии (UBC) аспирант и со-ведущий автор исследования, опубликованного на прошлой неделе в науке. «Как только мы определяем доминирующий микроскопических взаимодействий, которые определяют свойства материала, мы можем найти способ, чтобы повернуть вверх’ или ‘вниз’ взаимодействие для получения полезных электронных свойств».

Контролируя эти взаимодействия важны для технологического использования квантовых материалов, в том числе сверхпроводников, которые используются в МРТ станки, высокоскоростные поезда на магнитной подушке, а может в один прекрасный день совершит революцию, как энергия транспортируется.

В микромасштабах, атомы в твердых телах постоянно вибрировать. Столкновений между электроном и атомом можно рассматривать как ‘рассеяния’ событие между электроном и вибрация, называется фононом. Рассеяние электрона может привести к изменению как ее направление и ее энергии. Такой электрон-фононного взаимодействия лежат в основе многих экзотические фазы материи, где материалы собраны уникальные свойства.

При поддержке Фонда Гордона и Бетти Мур, команда в UBC Стюарт Blusson квантовая материя Института (SBQMI) разработали новый экстрим-ультрафиолетового лазерного источника, чтобы включить метод время-разрешенной спектроскопии фотоэмиссии электронов для визуализации процессов рассеяния в сверхбыстрые сроки.

«С помощью сверхкоротких лазерных импульсов, мы рады отдельных электронов от их привычного равновесия окружающей среды», — сказал Ан. «С помощью второго лазерного импульса в качестве эффективного затвора камеры, мы захватили как электроны разлетаются с окружающими атомами на сроки, быстрее, чем за триллионную долю секунды. Благодаря очень высокой чувствительности нашей установки, мы были в состоянии измерить напрямую — в первый раз — как возбужденные электроны взаимодействуют с конкретными атомной вибрации или фонон».

Ученые проводили эксперимент на графит, кристаллическая форма углерода и материнское соединение углеродных нанотрубок, баки шары и графена. Углеродной электроники-это растущая индустрия, и процессы рассеяния, которые способствуют электрического сопротивления может ограничить их применение в наноэлектронике.

Этот подход использует уникально лазер предназначен Дэвид Джонс и Андреа Damascelli, и разработанный со-ведущий автор Артур Миллс, в UBC-Мур-центр для сверхбыстрых квантовых дело. В исследовании также были подкреплены теоретическими сотрудничество с группами Томас Деверо в Стэнфордском университете и Александр Кемпер в Государственном Университете Северной Каролины.

«Благодаря последним достижениям в импульсных лазерных источников, мы только начинаем визуализировать динамические свойства квантовых материалов», — сказал Джонс, профессор с кафедры и УВЦ по SBQMI физики и астрономии.

«Применяя эти новаторские методики, мы теперь Poised для того чтобы раскрыть неуловимую загадку высокотемпературной сверхпроводимости и многих других увлекательных явлений квантовой материи», — сказал Damascelli, научный руководитель SBQMI.

сделать разницу: спонсорские возможности