fotoelektrického jevu, kdy fotony dopadající na hmotu, protože emise elektronů, je jedním z typickým účinky kvantové mechaniky. Einstein skvěle vysvětlil klíčový mechanismus jevu v roce 1905, vydělávat mu 1921 Nobelovu Cenu za Fyziku. Stavěl na konceptu, který před pěti lety představil Max Planck: elektromagnetická energie je absorbována a emitována pouze v diskrétních paketech – tedy v kvantách. Kvantový koncept způsobil revoluci ve fyzice. Fotoelektrický efekt byl zkoumán stále podrobněji a dnes je využíván v aplikacích od solárních článků po brýle pro noční vidění. Posun v našem chápání efektu nastal asi v posledním desetiletí. Laserové experimenty umožnily podívat se přímo na složitou kvantovou dynamiku, která se odvíjí v atosekundovém časovém horizontu, když jsou elektrony odstraněny z jejich mateřského systému, když interagují se světlem. Nicméně, časově rozlišené měření fotoionizační proces v jeho pravděpodobně nejčistší podobě-absorpce a emise jednotlivé fotony jeden bez závazků elektron-zůstal nepolapitelný. Až do teď.
psaní v časopise Optica, Jaco Fuchs a kolegové ve skupině ultrarychlé laserové fyziky Prof. Ursula Keller v Ústavu Kvantové Elektroniky, práce s kolaboranty v USA, Rakousko a Španělsko, zprávu experiment, ve kterém se měří poprvé, jak absorpci a emisi jednotlivých fotonů mění dynamiku elektron není vázán na atomové jádro, ale stále cítí jeho Coulombův potenciál. Zavedení nové experimentální protokol, zjistili, že dynamika závisí na úhlové hybnosti photoionized elektron: měřili zpoždění do 12 attosekund mezi odchozí s – a d-elektrony v helium. Jedná se o jemný, ale nezaměnitelný podpis základních kvantově-mechanických efektů. A pozorovali také základní jevy klasického původu: měřili fázové změny, které odrážejí, že v D-elektronech je vnější šíření pomalejší než v s-elektronech. To lze vysvětlit větším podílem rotační energie a tím i nižší radiální energií v D-elektronech.
extrakce příspěvku jednotlivých fotonů
tyto výsledky označují několik „prvních“. Keller group je průkopníkem různých oblastech attoscience, včetně měření attosecond čas zpoždění v photoionsation, které vznikají jako photoexcited elektrony se šíří v potenciální mateřské iontů, což má za následek měřitelné skupina zpoždění. Měření těchto attosekundových časových zpoždění obvykle zahrnuje alespoň dva fotony, takže je mimořádně obtížné extrahovat příspěvek jednotlivých fotonů. Fuchs a kol. nyní našel způsob, jak to udělat.
v jejich případě se jedná také o dva fotony, jeden v extrémním ultrafialovém (XUV) a druhý v infračerveném (IR) rozsahu. Ale vymysleli si vhodný postup, který jim umožnil extrahovat z jejich vysoce kvalitní údaje amplitudy a relativní fáze všechny kvantové dráhy, jehož prostřednictvím photoionsation pokračuje v jejich systému. Tímto způsobem se jim podařilo izolovat jednotlivé příspěvky IR fotony, které jsou ty přechody vyvolávající v nesloučeném elektron (vzhledem k tomu, že XUV fotony ionizaci atomu, přenosem elektronů z vázaného stavu do kontinua).
Přímé měření zpoždění, které je způsobené brzdným zářením
nejen, že ETH fyzici získali pro první čas přístup k času zpoždění z jednoho fotonu přechod. Oni jsou také první měření doby zpoždění pro absorpci a emisi fotonů o nevázané elektrony, což je jev známý jako (inverzní) brzdným zářením. Experimentální výsledky jsou dobře reprodukovány dvěma nezávislými teoretickými metodami, které Fuchs a kolegové používají. Tyto simulace také poskytují důkaz, že některé pozorované účinky jsou univerzální v tom smyslu, že jsou nezávislé na atomových druzích rodičovského iontu.
Tato práce ukazuje, že i 115 let po einsteinově seminární práci, fotoelektrický efekt nepřestává inspirovat. Nástroje zavedené Fuchsem a spolupracovníky poskytují nové experimentální schopnosti pro studium dynamiky fotoionizace, a to jak v atomech, tak v malých molekulách. Takové studie by zase mohly poskytnout plnější pochopení časových zpoždění fotoemise, zejména v přítomnosti interakcí ve středním až dlouhém rozsahu.
