den fotoelektriske effekten, hvorved fotoner som påvirker materie forårsaker utslipp av elektroner, er en av kvantemekanikkens kvintessensielle effekter. Einstein forklarte berømt nøkkelmekanismen som ligger til grunn for fenomenet i 1905, og tjente Ham 1921 Nobelprisen i Fysikk. Han bygget på et konsept introdusert bare fem år tidligere Av Max Planck: elektromagnetisk energi absorberes og sendes ut bare i diskrete pakker – det vil si i kvanta. Kvantekonseptet revolusjonerte fysikken. Den fotoelektriske effekten, for sin del, har blitt utforsket i stadig større detalj, og utnyttes i dag i applikasjoner som spenner fra solceller til nattbriller. Et skifte i vår forståelse av effekten kom i det siste tiåret eller så. Lasereksperimenter gjorde det mulig å se direkte på den intrikate kvantedynamikken som utfolder seg på attosekundens tidsskala når elektroner fjernes fra deres foreldresystem når de samhandler med lys. Imidlertid ble tidsoppløste målinger av photoionization-prosessen i sin uten tvil reneste form-absorpsjon og utslipp av enkeltfotoner av en enkelt ubundet elektron-forblitt unnvikende. Inntil nå.
Skriver i tidsskriftet Optica, Jaco Fuchs og kolleger I Ultrafast Laser Physics group Of Prof. Ursula Keller ved Institute Of Quantum Electronics, som arbeider med samarbeidspartnere I USA, Østerrike og Spania, rapporterer et eksperiment der de målte for første gang hvordan absorpsjon og utslipp av enkeltfotoner endrer dynamikken til et elektron som ikke er bundet til en atomkjerne, men fortsatt føler Sitt Coulomb-potensial. Ved å introdusere en ny eksperimentell protokoll fant de at dynamikken avhenger av vinkelmomentet til den fotoioniserte elektronen: de målte en forsinkelse på opptil 12 attosekunder mellom utgående s – og d-elektroner i helium. Dette er en subtil, men umiskjennelig signatur av underliggende kvantemekaniske effekter. Og de observerte også grunnleggende fenomener av klassisk opprinnelse: de målte faseendringer som gjenspeiler at i d-elektroner er den utadgående forplantningen langsommere enn i s-elektroner. Dette kan forklares av den større brøkdel av rotasjonsenergi og dermed en lavere radial energi i d-elektroner.
Utpakking av bidrag fra enkeltfotoner
disse resultatene markerer flere ‘nyvinninger’. Keller-gruppen har pionerer ulike områder av attoscience, inkludert måling av attosekundforsinkelser i photoionsation, som oppstår som photoexcited elektroner forplanter seg i potensialet til foreldrejonet, noe som resulterer i en målbar gruppeforsinkelse. Måling av disse attosekund-skala tidsforsinkelser innebærer vanligvis minst to fotoner, noe som gjør det svært vanskelig å trekke ut bidraget fra enkeltfotoner. Fuchs et al. nå fant en måte å gjøre nettopp det.
i deres tilfelle er to fotoner involvert også, en i ekstrem ultrafiolett (XUV) og den andre i infrarød (IR) rekkevidde. Men de utviklet en tilpasningsprosedyre som gjorde det mulig for dem å trekke ut amplitudene og relative faser av alle kvanteveiene gjennom hvilke photoionsation fortsetter i deres system. PÅ denne måten var DE i stand TIL å isolere DE FORSKJELLIGE bidragene FRA IR-fotonene, som er de som induserer overganger i et ubundet elektron (MENS XUV-fotonene ioniserer atomet ved å overføre et elektron fra en bundet tilstand til kontinuumet).
Direkte måling av forsinkelser som oppstår Fra Bremsstrahlung
IKKE bare fikk ETH-fysikerne for første gang tilgang til tidsforsinkelser fra en hvilken som helst fotonovergang. Deres er også de første målingene av slike tidsforsinkelser for absorpsjon og utslipp av fotoner av ubundne elektroner, et fenomen kjent som (invers) Bremsstrahlung. De eksperimentelle resultatene er godt gjengitt av To uavhengige teoretiske metoder Fuchs og kolleger ansatt. Disse simuleringene gir også bevis på at noen av de observerte effektene er universelle, i den forstand at de er uavhengige av atomartene til foreldrejonet.
dette arbeidet illustrerer at også 115 år etter Einsteins banebrytende arbeid, slutter den fotoelektriske effekten ikke å inspirere. Verktøyene introdusert Av Fuchs og medarbeidere gir nye eksperimentelle evner for å studere fotoioniseringsdynamikk, både i atomer og i små molekyler. Slike studier kan i sin tur gi en fyldigere forståelse av fotoemisjonstidsforsinkelser, spesielt i nærvær av interaksjoner i mellom-til-lang rekkevidde.
