a fotoelektromos hatás, amelynek során az anyagba ütköző fotonok az elektronok kibocsátását okozzák, a kvantummechanika egyik alapvető hatása. Einstein 1905-ben ismertette a jelenség alapjául szolgáló kulcsfontosságú mechanizmust, 1921-ben fizikai Nobel-díjat kapott. A Max Planck által öt évvel korábban bevezetett koncepcióra épült: az elektromágneses energiát csak diszkrét csomagokban, azaz kvantum formájában nyelik el és bocsátják ki. A kvantumkoncepció forradalmasította a fizikát. A fotoelektromos hatást a maga részéről egyre részletesebben vizsgálták, és manapság a napelemektől az éjjellátó szemüvegekig terjedő alkalmazásokban használják ki. A hatás megértésében az elmúlt évtizedben elmozdulás történt. A lézeres kísérletek lehetővé tették, hogy közvetlenül megvizsgáljuk a bonyolult kvantumdinamikát, amely az attoszekundumos időskálán bontakozik ki, amikor az elektronokat eltávolítják a szülő rendszerükből, amikor kölcsönhatásba lépnek a fénnyel. Azonban a fotoionizációs folyamat vitathatatlanul legtisztább formájának-az egyes fotonok egyetlen kötetlen elektron általi abszorpciójának és emissziójának-időfelbontású mérése továbbra is megfoghatatlan maradt. Mostanáig.
írás az Optica folyóiratban, Jaco Fuchs és munkatársai az ultragyors Lézerfizikai csoportban Prof. Ursula Keller, a Kvantumelektronikai Intézet munkatársa, az Egyesült Államok, Ausztria és Spanyolország munkatársaival együttműködve egy kísérletről számolt be, amelyben először mérték meg, hogy az egyes fotonok abszorpciója és emissziója hogyan változtatja meg egy olyan elektron dinamikáját, amely nem kötődik egy atommaghoz, de még mindig érzi a Coulomb potenciálját. Egy új kísérleti protokoll bevezetésével azt találták, hogy a dinamika a fotoionizált elektron szögmomentumától függ: legfeljebb 12 attoszekundum késleltetést mértek a héliumban lévő kimenő s – és d-elektronok között. Ez a mögöttes kvantummechanikai hatások finom, mégis összetéveszthetetlen aláírása. Megfigyelték a klasszikus eredetű alapvető jelenségeket is: olyan fázisváltozásokat mértek, amelyek azt tükrözik, hogy a d-elektronokban a külső terjedés lassabb, mint az s-elektronokban. Ez magyarázható a forgási energia nagyobb hányadával, ezért alacsonyabb radiális energiával a d-elektronokban.
az egyes fotonok hozzájárulásának kivonása
ezek az eredmények több ‘elsőt’jeleznek. A Keller csoport úttörő szerepet játszott az attoscience különböző területein, beleértve a fotoionzáció attosekundumos késleltetésének mérését, amelyek akkor keletkeznek, amikor a fotoexcitált elektronok a szülőion potenciáljában terjednek, ami mérhető csoportkésleltetést eredményez. Ezen attoszekundumos késleltetések mérése általában legalább két fotont foglal magában, ami kivételesen megnehezíti az egyes fotonok hozzájárulásának kinyerését. Fuchs et al. most találtam egy módot erre.
esetükben két foton is érintett, az egyik az extrém ultraibolya (XUV), a másik az infravörös (IR) tartományban. De kidolgoztak egy illesztési eljárást, amely lehetővé tette számukra, hogy kiváló minőségű adataikból kinyerjék az összes kvantumút amplitúdóját és relatív fázisait, amelyeken keresztül a fotoionzáció a rendszerükben halad. Ily módon képesek voltak elkülöníteni az IR fotonok különböző hozzájárulásait, amelyek átmenetet indukálnak egy nem kötött elektronban (míg az XUV fotonok ionizálják az atomot, egy elektron átvitelével a kötött állapotból a kontinuumba).
a bremsstrahlungból eredő késések közvetlen mérése
nem csak az ETH fizikusok jutottak először hozzáféréshez bármely egy foton átmenet késleltetéseihez. Az övék az első mérések a fotonok abszorpciójának és emissziójának ilyen késleltetésére a nem kötött elektronok által, ez a jelenség (inverz) Bremsstrahlung. A kísérleti eredményeket jól reprodukálja Fuchs és kollégái által alkalmazott két független elméleti módszer. Ezek a szimulációk azt is bizonyítják, hogy a megfigyelt hatások egy része univerzális, abban az értelemben, hogy függetlenek a szülőion atomfajaitól.
ez a munka azt is szemlélteti, hogy 115 évvel Einstein alapvető munkája után a fotoelektromos hatás nem szűnik meg inspirálni. A Fuchs és munkatársai által bevezetett eszközök új kísérleti képességeket biztosítanak a fotoionizációs dinamika tanulmányozásához, mind az atomokban, mind a kis molekulákban. Az ilyen tanulmányok viszont jobban megérthetik a fotoemissziós késleltetéseket, különösen a kölcsönhatások jelenlétében a közepes-hosszú tartományban.
