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UBC研发新型极紫外激光源,可在极短时间内可视化电子散射

近日,不列颠哥伦比亚大学开发了一种新型极紫外激光源,实现了时间分辨的光发射光谱法,可在超快的时间内可视化电子散射过程。

光发射光谱可以逐帧记录电子如何与固体中的某些原子振动相互作用,捕捉在某些材料中产生电阻的过程,以及在其他材料中产生超导等宏观量子现象的过程。振动和电子之间的散射事件称为声子,可以使电子改变方向和能量。这种电子-声子相互作用是物质许多奇异相的基础。

研究人员表示,电子相互作用的方式和它们的微观环境决定了所有固体的性质,一旦我们确定了决定材料性能的主要微观相互作用,我们就能找到方法提高或降低相互作用,从而得到有用的电子性能。

图片来源:不列颠哥伦比亚大学

研究人员利用超短激光脉冲,将单个电子从它们通常的平衡环境中激发出来;再利用第二道激光脉冲,即相机快门,捕捉到电子在时间尺度上随周围原子的散射速度比万亿分之一秒还快。研究人员表示,“由于我们装置的灵敏度非常高,我们能够首次直接测量被激发的电子是如何与特定的原子振动或声子进行相互作用的”。

研究人员在石墨上进行实验,利用时间和角度分辨的光电发射光谱,在石墨中激发电子并监测它们的衰变,同时释放声子。衰变过程的时间常数为实验系统中发生的电子-声子耦合提供了直接信息。研究人员说,产生电阻的散射过程可能会限制碳基电子技术在纳米电子领域的应用。

控制电子和原子之间的相互作用的,对于包括超导体的量子材料的应用很重要,超导体用于MRI机器和高速磁悬浮列车,未来可用于能量传输。安德里亚·达马塞利教授说:“通过应用这些前沿技术,我们现在即将揭开高温超导的神秘面纱,以及许多其他量子物质的迷人现象”。

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