Poskytuje základ pre solárnu energiu a globálnu komunikáciu: fotoelektrický jav. Albert Einstein ho opísal už pred sto rokmi. Po prvýkrát vedci z Technickej univerzity v Mníchove (TUM), Max-Planckovho inštitútu kvantovej optiky (MPQ) a TU Viedeň teraz zmerali absolútnu dĺžku absorpcie svetla a emisiu fotoelektrónu, ktorý je uvoľnený z tuhej látky.
Keď sa tuhá látka ožaruje röntgenovými lúčmi, elektróny sa od nej oddelia a pohybujú sa smerom k jej povrchu. Ale ako dlho to trvá? Túto otázku skúmal medzinárodný výskumný tím pod vedením profesora Reinharda Kienbergera z Katedry laserovej a röntgenovej fyziky na TUM. Je to preto, lebo v minulosti bolo možné určiť len smer a energiu emitovaných elektrónov. Predtým cesty elektrónov, napr. cez kryštál, nemohli byť pozorované kvôli jeho mikroskopickým rozmerom a extrémne krátkemu trvaniu procesu.
JÓDOVÉ ATOMY POUŽÍVANÉ AKO STOPKY
Medzinárodný tím však vyvinul novú meraciu metódu, ktorá teraz umožňuje určiť čas medzi absorpciou rontgenového fotónu a emisiou elektrónu. Na tento účel fyzici "prilepili" jednotlivé atómy jódu na volfrámový kryštál a vystavili ho röntgenovým zábleskom, ktoré spustili fotoelektrický jav. Vzhľadom na to, že atómy jódu reagujú extrémne rýchlo na prichádzajúce röntgenové lúče, slúžia ako svetelné a elektrónové stopky.
Aby sa zvýšila presnosť merania, tieto stopky sa kalibrovali v ďalšom experimente s iba nedávno vyvinutým absolútnym referenčným rámcom (pozri nižšie uvedenú druhú publikáciu). "To umožňuje, aby emisie fotoelektrónov z kryštáľu boli určené s presnosťou niekoľkých attosekúnd," hovorí Reinhard Kienberger. Attosekunda je miliardtina miliardtiny sekundy. Z merania vyplýva, že fotoelektróny z volfrámového kryštálu môžu byť emitované za približne 40 attosekúnd - približne dvakrát rýchlejšie, ako sa očakávalo. Je to spôsobené tým, že svetlo určitých farieb primárne interagovalo s atómami v najvyššej úrovni volfrámového kryštálu.
Ďalším zaujímavým efekt bol taktiež pozorovaný počas experimentu: Elektróny z atómov na povrchu kryštálu sa oslobodili ešte rýchlejšie. Po ožiarení röntgenovými lúčmi okamžite uvoľnili elektróny bez merateľného oneskorenia. Mohlo by to byť zaujímavé pri výrobe obzvlášť rýchlych fotokatód na aplikáciu v laserov s voľným elektrónomi, uzavreli výskumníci TUM, pretože teraz vedia, ako urýchliť alebo manipulovať s konverziou fotón-elektrón.
Navyše, nová metóda môže byť použitá aj na skúmanie správania komplikovaných molekúl na povrchoch - sľubný prístup napr. vývoji nových inovatívnych solárnych článkov. So znalosťou doterajších neznámych fotochemických procesov je možné teraz ešte viac optimalizovať technické aplikácie.
Články
M. Ossiander, J. Riemensberger, S. Neppl, M. Mittermair, M. Schaeffer, A. Duensing, M. S. Wagner, R. Heider, M.Wurzer, M. Gerl, M. Schnitzenbaumer, J.V. Barth, F. Libisch, C. Lemell, J. Burgdoerfer, P. Feulner, R. Kienberger: Absolute Timing of the Photoelectric Effect, Nature 09/2018.
M. Ossiander, F. Siegrist, V. Shirvanyan, R. Pazourek, A. Sommer, T. Latka, A. Guggenmos, S. Nagele, J. Feist, J. Burgdörfer, R. Kienberger and M. Schultze: Attosecond correlation dynamics, Nature physics, 7. November 2016. DOI: 10.1038/nphys3941
Zdroj: www.tum.de
Anonymný