Mișcare ultrarapidă a electronilor intraatomici urmată de radiația sincrotronă

Conceptul de artiști ai mișcării atmoice.

Oamenii de știință din Japonia au observat și interferat cu mișcarea ultrarapidă a mișcării electronilor în interiorul unui xenon atom folosind perechi coerente de unde luminoase scurte în radiația sincrotronă. Xenonul, format dintr-un nucleu înconjurat de cinci cochilii suprapuse care conțin un total de 54 de electroni, este utilizat în lanterne și arde rapid și puternic. Electronii luminescenți se mișcă într-o scară de timp de o miime de secundă. Cu toate acestea, mișcarea rapidă a electronilor este cu șase ordine de mărime mai lentă decât cea observată de oamenii de știință. Folosind instalația de sincrotron a Institutului de Științe Moleculare, au urmărit mișcarea electronilor pentru a se relaxa pentru a elibera energia care cade dintr-un strat exterior într-un strat interior. Procesul trece pe o scală de timp femtosecundă, sau o miime dintr-o miime de secundă. O femtosecundă are o secundă, în timp ce o secundă are aproape 32 de milioane de ani. Capacitatea de a observa și controla aceste procese ultrarapide ar putea deschide ușa experimentelor și aplicațiilor de generație următoare, potrivit cercetătorilor.

Rezultatele au fost publicate astăzi (17 martie 2021) a Scrisori de recenzie fizică.

Diagrama schematică a generării de radiații sincrotron de către invertoare

FIG. 1. (a) Diagrama schematică a generării de radiații sincrotrone de către invertoare. Lățimea de timp a impulsurilor de radiație este determinată de mărirea spațială a grupurilor de electroni. (b) Pulsul de radiație conține multe unde scurte (pachete de unde) emise de electroni individuali. În studiul de față, două invertoare sunt aranjate în serie pentru a genera perechi de pachete de unde. Fiecare pachet de undă oscilează doar de 10 ori în 2 femtosecunde. Intervalele de timp ale perechilor de pachete de undă sunt ajustate prin devierea grupurilor de electroni cu un magnet între cele două invertoare. Credit: COPII / IMS

„Controlul și sondarea mișcării electronice în atomi și molecule în scara lor naturală de atosecunde – care reprezintă o miime de femtosecundă – este una dintre frontierele fizicii atomice și a doua”, a spus autorul lucrării Tatsuo Kaneyasu, cercetător la SAGA Light Source, Kyushu Synchrotron Light Research Center din Japonia. In acest studiu, am aratat ca procesele ultracurte in atomi si molecule pot fi urmarite folosind proprietatea ultracurta a pachetului de unde de radiatii.

Progresele recente în tehnologia laser ne permit să producem impulsuri de lumină ultra-rapide sau ultra-scurte, care pot interacționa cu procesele subatomice. Această interferență poate fi controlată prin ajustarea precisă a timpului dintre fiecare impuls. Pulsul excită electronii, a căror mișcare este cunoscută sub numele de pachet de unde electronice. Kaneyasu și echipa sa au realizat această tehnologie folosind radiația sincrotronă, care are un mare avantaj în generarea de fotoni cu energie mai mare decât laserele.

„Această metodă, numită„ interferometrie cu pachete de undă ”, este acum un instrument fundamental pentru studierea și manipularea dinamicii cuantice a materiei”, a spus Kaneyasu. “În acest studiu, pachetul de unde electronice a fost produs prin suprapunerea unor stări electronice pe un atom de xenon”.

Profiluri temporale

FIG. 2. Panoul superior arată intensitatea fluorescenței din stările excitate ale stratului interior de atomi de xenon măsurate cu intervale de timp schimbătoare ale perechilor de pachete de unde. Panourile inferioare prezintă vederi mărite ale pozițiilor a și b ale panoului superior. Fluctuațiile sunt observate cu o perioadă de 63 de attosecunde datorită efectului de interferență dintre stările cuantice excitate de perechile de pachete de unde. Pe măsură ce intervalul de timp dintre cele două pachete de undă dintr-o pereche crește, amplitudinea fluctuației scade datorită relaxării electronice a stărilor excitate ale stratului interior. Credit: COPII / IMS

La fel cum două fascicule suprapuse pot produce o lumină mai intensă decât cea pe care o emit individual, două pachete de unde electronice suprapuse produc efecte cuantice.

Scopul final este de a controla si testa miscarea electronica ultrarapida a unei game largi de elemente, nu numai in atomi si molecule de faza gazoasa, ci si in materie condensata, a spus Kaneyasu. „Această nouă capacitate de radiație sincrotronă nu numai că îi ajută pe oamenii de știință să studieze fenomenele ultra-rapide în procesele atomice și moleculare, dar poate deschide și noi aplicații în dezvoltarea materialelor funcționale și a dispozitivelor electronice în viitor.”

Referință: 17 martie 2021, Scrisori de recenzie fizică.

Printre coautori se numără Y. Hikosaka, Institutul de Arte și Științe Libere, Universitatea Toyama; și M. Fujimoto, H. Iwayama și M. Katoh, Institutul de Științe Moleculare. Fujimoto și Iwayama sunt, de asemenea, afiliate la Universitatea Absolventă pentru Studii Avansate. Katoh este, de asemenea, afiliat la Centrul de Radiații Sincrotron Hiroshima, Universitatea din Hiroshima.

Proiectul Frontier Photonic Sciences al Institutului Național de Științe ale Naturii și al Societății Japoneze pentru Promovarea Științei a finanțat această lucrare.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.