Może to być najmniejszy, najkrótszy taniec refrenu, jaki kiedykolwiek nagrał.
Jak donosi Science Advances, międzynarodowy zespół naukowców zauważył, w jaki sposób elektrony, wzbudzone ultraszybkimi impulsami światła, tańczyły w obrębie cząstki o średnicy o średnicy. Naukowcy zmierzyli ten taniec z bezprecedensową precyzją, osiągając pierwszy tego rodzaju pomiar w skali sub-nanometru.
Zsynchronizowany taniec elektronów, znany jako rezonans plazmoniczny, może ograniczać światło przez krótki czas. Ta zdolność do zapisywania światła została zastosowana w szerokim zakresie obszarów, od przekształcania światła w energię chemiczną po poprawę wrażliwych na światło gadżetów, a nawet przekształcanie światła słonecznego w energię elektryczną. Chociaż były szeroko badane w systemach od kilku centymetrów po zaledwie 10 nanometrów szerokości, po raz pierwszy naukowcy byli w stanie przełamać „barierę nanometrową”.
Badanie zostało przeprowadzone przez naukowców z Departamentu Energii National Accelerator Laboratory i Stanford University we współpracy z Ludwig-Maximilians-Universität München, University of Hamburg, Desy, Northwest Missouri State University, Politecnico di Milano i Max Planck Institute dla Instytutu Max Plancka Struktura i dynamika materii.
Wczesne badania wykazały, że gdy rezonansu plazmoniczne rozwijają się w niewiarygodnie małych skalach, pojawiają się nowe zjawiska, umożliwiając ograniczenie światła i kontrolowanie z niespotykanką precyzją. Ta cecha sprawia, że zrozumienie, w jaki sposób rezonanse odtwarzają się w małych skalach bardzo interesujący temat dla badaczy.
Aby lepiej zrozumieć rezonans plazmoniczny, naukowcy najpierw wzbudzają elektrony wokół cząstki, a następnie czekają, aż uwolnią nadmiar energii, emitując elektron. Mając czas ten przedział, naukowcy mogą ustalić, czy wystąpił prawdziwy rezonans – wraz ze wszystkimi elektronami poruszającymi się – lub czy dotknięto tylko jedno lub dwa elektrony. Jednak te rezonanse odbywają się w ultraszybkich skalach czasowych – zwykłych attosekundach lub miliardach miliardów sekundy. Obserwacja tych rezonansów w czasie rzeczywistym była poza zasięgiem istniejących technologii.
Na szczęście postęp w technologii laserowej umożliwiły badaczom mierzenie ruchów elektronów z precyzją attosekundową.
Korzystając z attosekund, ekstremalne impulsy światła ultrafioletowego, zespół wyzwolił i zarejestrował zachowanie elektronów w cząsteczkach węgla w kształcie piłki nożnej, nieformalnie znane jako „Buckyballs”, które mają średnicę zaledwie 0,7 nanometrów. Dokładnie wyrzucili ten proces, od natychmiastowego światła wzbudzonego elektrony do momentu emitowanych elektronów, wydalając nadmiar energii i pozwalając pozostałym elektronom rozluźnić się na zwykłe orbity. Każdy cykl trwał od 50 do 300 attosekund, a pomiary wskazywały, że elektrony zachowały się z silną koherencją, jak zdyscyplinowani tancerze działający zgodnie z nim.
„Odkrycia te pokazują, po raz pierwszy, że pomiary attosekundowe mogą zapewnić cenne wgląd w rezonanse plazmoniczne w skalach mniejszych niż nanometr” – powiedział Shubhadeep Biswas, główny autor w gazecie i naukowcy z projektu SLAC.
Ten przełom pozwala badaczom ocenić nowy zakres cząstek super-małej, ujawniając cechy plazmoniczne, które mogłyby zwiększyć wydajność istniejących technologii i prowadzić do nowych zastosowań.
„Dzięki temu pomiarowi odblokowujemy nowe informacje na temat wzajemnej zależności między koherencją elektronów a ograniczeniem światła w skalach sub-nanometrów”-powiedział Matthias Kling, profesor fotonowych nauk i fizyki stosowanej na Uniwersytecie Stanford oraz dyrektora nauki, badań i rozwoju rozwoju Wydział w SLAC's Cheherent Light Source, Office of Science User Office Office of Science. „Ta praca pokazuje siłę technik attosekundowych i otwiera drzwi do nowych podejść do manipulowania elektronami w przyszłej ultraszybkiej elektronice, która może działać nawet o milion razy wyższe częstotliwości niż obecna technologia”.
„To najnowocześniejsze badania otwierają nowe możliwości rozwoju ultra-kompaktowych platform o wysokiej wydajności, w których interakcje światła można kontrolować, wykorzystując efekty kwantowe pojawiające się w nanoskali”-powiedziała Francesca Calegari, profesor w University of Hamburg, główny naukowiec w Desy.
Badanie w Stanford Pulse Institute są częścią programu ultrasfastowego nauk chemicznych wspieranych przez DOE Office of Science.