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物質に衝突する光子が電子の放出を引き起こす光電効果は、量子力学の典型的な効果の一つです。 アインシュタインは1905年にこの現象の根底にある重要なメカニズムを説明し、1921年のノーベル物理学賞を受賞した。 彼はマックス-プランクによってわずか5年前に導入された概念に基づいて構築されました：電磁エネルギーは離散的なパケットでのみ吸収され、放出されます-すなわち、量子で。 量子の概念は物理学に革命をもたらした。 光電効果は、部分のために、より大きい細部で探検され、太陽電池から夜間視界のゴーグルまで及ぶ適用でこの頃は開発されます。 効果の私達の理解の転位は過去十年かそこらに来た。 レーザー実験は、光と相互作用するときに電子が親システムから除去されるときに、アト秒のタイムスケールで展開される複雑な量子力学を直接見ること しかし、その間違いなく純粋な形で光イオン化プロセスの時間分解測定-単一の非結合電子による単一光子の吸収と放出-とらえどころのないまま。 今まで。

Optica、Jaco Fuchsらは、教授の超高速レーザー物理学グループのジャーナルに執筆しています。 米国、オーストリア、スペインの共同研究者と協力している量子エレクトロニクス研究所のUrsula Kellerは、単一光子の吸収と放出が原子核に束縛されていないがクーロンポテンシャルを感じている電子のダイナミクスをどのように変化させるかを初めて測定した実験を報告している。 新しい実験プロトコルを導入して、彼らはダイナミクスが光イオン化電子の角運動量に依存することを発見した：彼らはヘリウム中の出て行くs電子とd電子の間で最大12アト秒の遅延を測定した。 これは、基礎となる量子力学的効果の微妙なまだ紛れもない署名です。 そして、彼らは古典的な起源の基本的な現象も観察しました：彼らはd電子の外向きの伝播がs電子よりも遅いことを反映する相変化を測定しました。 これは、回転エネルギーの割合が大きく、したがってd電子の半径方向エネルギーが低いことによって説明できます。

単一光子の寄与を抽出する

これらの結果は、いくつかの”初”をマークします。 ケラーグループは、光励起された電子が親イオンの電位中を伝搬するときに生じる光イオンのアト秒時間遅延の測定を含む、アトスサイエンスの様々な分野を開拓してきた。 これらのアト秒スケールの時間遅延の測定には、通常、少なくとも二つの光子が必要であり、単一の光子の寄与を抽出することは非常に困難である。 Fuchs et al. 今ちょうどそれを行う方法を見つけました。

その場合、二つの光子も関与しており、一方は極端紫外線（XUV）ともう一方は赤外線（IR）範囲にあります。 しかし、彼らは、高品質のデータから、光イオン化がシステム内で進行するすべての量子経路の振幅と相対位相を抽出することを可能にするフィッ このようにして、彼らは非結合電子の遷移を誘導するものであるIR光子の異なる寄与を単離することができた（一方、XUV光子は電子を結合状態から連続体に移動させることによって原子をイオン化する）。

Bremsstrahlungに起因する遅延の直接測定

ETHの物理学者は、1光子遷移からの時間遅延に初めてアクセスできるだけではありませんでした。 彼らはまた、非結合電子による光子の吸収と放出のためのこのような時間遅延の最初の測定であり、（逆）Bremsstrahlungとして知られている現象である。 実験結果は，ｆｕｃｃｈｓらが用いた二つの独立した理論的方法によってよく再現された。 これらのシミュレーションはまた、観測された効果のいくつかが親イオンの原子種に依存しないという意味で普遍的であるという証拠を提供する。

この作品は、アインシュタインの精液の仕事の115年後にも、光電効果が刺激を止めることはないことを示しています。 Fuchsと共同研究者によって導入されたツールは、原子と小分子の両方における光イオン化動力学を研究するための新しい実験的能力を提供する。 このような研究は、特に中長距離の相互作用の存在下での光電子放出時間遅延のより完全な理解を提供することができる。