Wetenschapsnieuws | Onderzoekers decoderen elektronendynamica

Washington [US], 4 juli (ANI): Een nieuwe methode voor kwantumorbitale bepaling die foto-elektrische spectroscopie via ionisatietunneling mogelijk maakt, is onlangs gevonden om een ​​submicro- en temporele resolutiemeting van elektronendynamica te bieden.

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Photonics.

Elektronenbeweging in atomen en moleculen is van fundamenteel belang voor veel fysische, biologische en chemische processen. Het onderzoeken van de elektronendynamica binnen atomen en moleculen is essentieel om deze verschijnselen te begrijpen en te manipuleren. Pompsonde spectroscopie is de traditionele techniek.

De Nobelprijs voor de Scheikunde van 1999 is een bekend voorbeeld waarbij met femtoseconde gepompte laserpulsen de atoombeweging bij chemische reacties hebben onderzocht. Omdat de tijdschaal van elektronenbeweging binnen atomen en moleculen echter in de orde van attoseconde (10-18 seconden) ligt in plaats van femtoseconden (10-15 seconden), zijn attosecondepulsen vereist om de beweging van het elektron te onderzoeken.

Met de ontwikkeling van de attoseconde-technologie zijn lasers beschikbaar gekomen met een pulsduur van minder dan 100 attoseconden, wat mogelijkheden biedt om de elektronendynamica in atomen en moleculen te onderzoeken en te manipuleren.

Een andere belangrijke methode voor het onderzoeken van elektronendynamica is gebaseerd op sterke veldtunneling-ionisatie. Bij deze methode wordt een krachtige femtosecondelaser gebruikt om tunnelionisatie te induceren, een kwantummechanisch fenomeen dat ervoor zorgt dat elektronen door de potentiële barrière tunnelen en ontsnappen uit een atoom of molecuul.

Dit proces levert optisch gecodeerde informatie over ultrasnelle elektronendynamica. Op basis van de relatie tussen de ionisatietijd en het uiteindelijke momentum van het ioniserende getunnelde foto-elektron, kan de elektronendynamica nauwkeurig worden waargenomen op de attoseconde schaal.

De relatie tussen de ionisatietijd en het uiteindelijke momentum van een getunneld foto-elektron werd theoretisch bepaald in termen van een “kwantumorbitaal” -model en de nauwkeurigheid van de relatie werd experimenteel geverifieerd.

Maar de identificatie van kwantumorbitalen die bijdragen aan de productie van foto-elektronen in sterke veldtunneling-ionisatie is een mysterie gebleven, evenals hoe verschillende orbitalen anders overeenkomen met de tijden van momentum en ionisatie. Het definiëren van kwantumorbitalen is dus van vitaal belang voor het bestuderen van ultrasnelle dynamische processen met behulp van ionisatietunneling.

Onderzoekers van de Huazhong University of Science and Technology (HUST) hebben een schema voorgesteld voor het identificeren en wegen van kwantumorbitalen in sterke veldtunneling-ionisatie. In hun schema wordt een tweede harmonische frequentie (SH) geïntroduceerd om het tunneling-ionisatieproces te verstoren.

De SH-verstoring is veel zwakker dan het fundamentele veld, dus het verandert het uiteindelijke momentum van het elektron dat op weg is naar ionisatie niet. Het kan echter de foto-elektronenoutput drastisch veranderen, vanwege de zeer niet-lineaire aard van tunnelionisatie. Vanwege de verschillende ionisatietijden hebben verschillende kwantumorbitalen verschillende reacties op het overlappende SH-veld.

Door de fase van het SH-veld te veranderen ten opzichte van het onderliggende aandrijfveld en de foto-elektronuitgangsreacties te observeren, kunnen de kwantumorbitalen van tunneling-ioniserende elektronen nauwkeurig worden bepaald.

Op basis van dit schema kunnen de mysteries van de zogenaamde “lange” en “korte” kwantumorbitalen in sterke veldtunneling-ionisatie worden opgelost, en hun relativistische bijdrage aan de foto-elektronenproductie bij elk momentum kan nauwkeurig worden gemeten. Dit is een zeer belangrijke ontwikkeling voor de toepassing van sterke veldionisatietunneling als methode voor foto-elektronenspectroscopie.

Een gezamenlijke teaminspanning onder leiding van HUST-afgestudeerde studenten Jia Tan, onder toezicht van professor Yueming Zhou, samen met Shengliang Xu en Xu Han, onder toezicht van professor Qingbin Zhang, geeft de studie aan dat het hologram gegenereerd door de multi-orbitale bijdrage van het spectrum kan bieden De fotovoltaïsche technologie levert waardevolle informatie over de fase van het getunnelde elektron.

Het golfpakket codeert rijke informatie over de dynamiek van atomaire en moleculaire elektronen. Volgens Peixiang Lu, HUST-professor, adjunct-directeur van het Wuhan National Laboratory of Optoelectronics, en senior auteur van de studie: “De spatiotemporele en sublineaire resolutiemeting van elektronendynamica wordt mogelijk gemaakt dankzij dit nieuwe schema voor het oplossen en wegen van kwantumorbitalen. ” (Ani)

(Dit is een onbewerkt, automatisch gegenereerd verhaal uit de gedeelde nieuwsfeed, het personeel heeft de tekst van de inhoud mogelijk niet bewerkt of bewerkt)