ثبت تصویر فوق سریع از خواب الکترون ها در جامدات

زمانی که پرتوهای الکترون روی مواد جامد یا مولکول های بزرگ تابیده می شود، یک الکترون از محل اصلی خود در نزدیکی هسته اتم  جابجا شده و یک گودال در پس خود بر جا می گذارد. از مدتها قبل دانشمندان تصور می کردند که الکترون آزاد شده و گودال باقیمانده که دارای بار مثبت است، نوع جدیدی از شبه ذره موسوم به اکسیتون هسته را تشکیل می دهند؛ اما تاکنون هیچ مدرک واقعی از وجود آن نبود.

دانشمندان از طیف گسترده ای از ابزارها برای پیگیری بلادرنگ اکسیتون ها در نیمه رساناها برخوردارند. این نیمه رساناها توسط نور عادی تولید می شوند و در کاربردهای متنوع در اپتوالکترونیک و میکروالکترونیک قابل اعمال هستند. در مقابل، اکسیتون های هسته، از عمر بسیار کوتاهی برخوردارند و تاکنون هیچ نوع فناوری برای پیگیری حرکت و یافتن خصوصیات آن ها وجود نداشته است.

محققان به رهبری دکتر الفترویز گولیلماکیز، رئیس گروه تحقیقاتی "آتوالکترونیکس" در موسسه مکس پلانک توانسته اند تصویر زمان واقعی از دینامیک اکسیتون های هسته را در جامدات ثبت کنند.

آن ها با استفاده از پرتوهای ایکس که تنها چند صد آتوثانیه دوام دارند و همچنین پرتوهای نور اپتیک با طول عمر مشابه که سال قبل توسط همین گروه طراحی شده بود،  توانستند یک دوربین فوق سریع بسازند که به آن ها اجازه داد برای نخستین بار تصاویری از اکسیتون های کوتاه مدت را در دی اکسید سیلیکون ثبت کنند.

آنتوان مولت، مولف ارشد این تحقیق می گوید: اکسیتون های هسته دارای طول عمر بسیار کمی هستند زیرا تعاملاتشان با ذرات دیگر در جامدات به سرعت موجب توقف حرکتشان می شود. ما در مکانیک کوانتومی می گوییم که اکسیتون ها انسجام خود را از دست می دهند.

یک ابزار کلیدی در پیگیری دینامیک اکسیتون های هسته، تولید پرتوی نور آتوثانیه ای در طیف اپتیک بوده است. این کار سال گذشته توسط گروه آتوالکترونیکس منتشر شده بود.

ترکیب دو پرتوی نور به دانشمندان اجازه داد تا تصاویری از حرکت اکسیتون های هسته ثبت کنند که حدود 750 آتوثانیه دوام داشتند.

اما این تحقیق تنها به ثبت این حرکات کوتاه مدت درون جامدات محدود نشد. به گفته گولیلماکیز، آن ها توانستند اطلاعات کمّی در مورد خصوصیات اکسیتون های هسته از جمله ابعاد مینیاتوری آنها که کمی بزرگتر از یک اتم است، یا شکل پلاریزه شدن آن ها توسط نور مرئی بدست بیاورند.

وی اظهار کرد: روش ما باعث ترقی اکسیتون ها شد. برای مثال توانستیم آن ها را اندازه گیری کرده و کنترل و کاربرد آن را توسط پرتوی ایکس مشاهده کنیم. همزمان این ابزار یک وسیله عمومی برای بررسی فرآیندهای آغازگر پرتوی ایکس فوق سریع در جامدات در مقیاس زمانی طبیعی خودشان است. چنین قابلیتی پیش از این در علم پرتوی ایکس دیده نشده بود.

این تیم اکنون در حال بررسی کاربردهای تکنیک خود برای بررسی فرآیند فوق سریع در رابطهای جامدات و روشهای تازه برای درک سوئیچ های فوق سریع برای تابش پرتوی ایکس بر اساس طیفهای نور اپتیک هستند.

گولیلماکیز افزود: با تکثیر سریع پرتوهای الکترون آزاد در جهان، قابلیت کنترل پرتوهای ایکس توسط نور مرئی بشدت اهمیت پیدا کرده است.

یافته های این دانشمندان در نشریه Science منتشر شده است.

 

مترجم: سمانه سالاری

منبع: Physorg

No tags for this post.