Real Time Web Analytics توضیح صدساله‌ی اینشتین برای نشر نوری الکترون نیاز به بازنگری دارد! | دیپ لوک

توضیح صدساله‌ی اینشتین برای نشر نوری الکترون نیاز به بازنگری دارد!

0

نشر نوری الکترون به فرآیند انتشار الکترون از سطح یک جامد (معمولا جامدات فلزی) در اثر عبور نور از سطح جامد اطلاق می‌شود. اگرچه سال‌ها از ارائه این نظریه می‌گذرد اما یافته‌های جدید دانشمندان لزوم بازنگری در نظریه‌های مورد استفاده در این زمینه را نشان می‌دهد. بر طبق یافته‌های جدید، برای توضیح این فرآیند باید برهمکنش‌های درون اتمی را به عنوان یک عامل اساسی در نظر گرفت. با دیپ لوک همراه باشید…

صد سال پس از نخستین توضیح آلبرت اینشتین در مورد فرآیند نشر نوری الکترون (اثر فوتوالکتریک)، این پدیده همچنان داری جنبه‌های ناشناخته است. در گزارشی که اخیرا در مجله معتبر Science منتشر شده، از پالس‌های نوری بسیار کوتاه برای شروع یک مسابقه بین الکترون‌های منتشر شده از حالت‌های اولیه‌ی مختلف در یک ماده جامد، استفاده شد. زمان این مسابقه نتیجه غیر منتظره‌‌ای نشان داد: سریعترین الکترون‌ها به مقام آخر می‌رسند!

حرکت الکترون‌های نشر شده به طور شدیدی به برهمکنش‌های درون اتمیِ سطحی که الکترون از آن منتشر می‌شود، وابسته است. این الکترون‌های نشر شده از سطح، برای مدت زمان کوتاهی به دام افتاده و به صورت دینامیکی و با مانع گریز از مرکز در اطراف اتم‌ها محدود می‌شوند. حرکت این الکترون‌ها در اطراف هسته، قبل از انتشار، شبیه به نوعی رقص است. الکترون‌هایی که زمان بیشتری در اطراف اتم‌ها طی می‌کنند، در نهایت مسابقه را باخته و دیرتر از سایر الکترون‌ها نشر می‌یابند. در مقابل الکترون‌هایی که به مسیر خود ادامه داده‌اند، برنده مسابقه بوده و زودتر نشر می‌شوند. مشاهدات جدید، بیانگر لزوم بازنگری در نظریه‌هایی است که فرآیند نشر الکترون از سطح یک جامد را توصیف می‌کنند. در نظریات جدید باید این تعامل اولیه درون اتمی مورد توجه قرار گرفته و سنگ بنای جدیدی برای مدل‌های پیشرفته‌تر فرآیند نشر نوری از سطح مواد جامد ساخته شود.

از نظر آزمایشگاهی، برای رفع  تاخیرهای کوچکی که در نشر نوری الکترون رخ می‌دهد به تنظیم وقت فرآیند تابش نیاز است، یعنی لحظه‌ای که الکترون در زمان بسیار بسیار کوچک ۱۷-۱۰ ثانیه از ماده جدا می‌شود. یوسین بولت سریعترین دونده جهان، در چنین مدت زمانی، معادل فاصله‌ی دهمین شعاع یک هسته اتمی را طی می‌کند و حتی نور تنها ۳ نانومتر (۱۰۹×۳ متر) را طی می‌کند! این زمان مورد نیاز برای تفکیک فرآیند نشر الکترون به دانشمندان اجازه داد بتوانند مسابقه میان الکترون‌ها در فرآیند نشر نوری الکترون را با استفاده از طیف سنج پیشرفته اتوثانیه (۱۸۱۰×۱ ,attosecond ) مشاهده کنند. استفاده از ماده تنگستن سلنید (WSe) در این اندازه‌گیری ضروری است: این ماده چهار کانال برای انتشار فوتوالکترون‌های با حالت‌های اولیه و ویژگی‌های مختلف را فراهم می‌کند.

مدلسازی کمٌی فرآیندهای درون اتمی و انتشار الکترون در بلور نیمه هادی نشان داد اگر فرایند دینامیکی نشر الکترون از یک جامد در نظر گرفته شود، حرکت مداری اولیه را نباید نادیده گرفت. با این حال، مدل نظری ارائه شده، تنها اولین قدم در تفسیر مسابقه رخ داده در فرآیند اندازه گیری نشر نوری الکترون است، زیرا حرکت درون اتمی و انتشار الکترون در کریستال به صورت جداگانه مورد بررسی قرار می‌گیرد. در آینده، این فرآیندها باید در یک رویکرد متحد مورد استفاده قرار گیرند و بنابراین نظریه‌ی بهبود یافته نشر نوری الکترون ، فرصت‌های جدیدی را برای آزمایش تجربی و بهبود درک ما از فرآیند بنیادی رخ داده در نشر نوری الکترون باز خواهد کرد.

پیشرفت‌های گزارش شده در مورد فرآیند نشر الکترونی نور از جامدات، بر اساس تکنیک‌های تازه توسعه یافته‌ی طیف سنجی لیزر اتوثانیه امکان پذیر است. کنترل نور با قدرت تفکیک دقیق بالا، درهای تازه‌ای را در مورد پویایی الکترون در مقیاس اتمی باز می‌کند. در حالیکه طیف سنجی فمتوثانیه به مطالعه و کنترل حرکت اتمی کمک می‌کند، طیف سنجی اتوثانیه به طور مستقیم برای درک تعامل نور با ماده مفید است. این تکنیک‌ها علاوه بر فهم فرآیند رخ داده، امکان کنترل فرآیندهای الکترونیک ناشی از نشر نوری الکترون را فراهم می‌کنند. تکنیک طیف سنجی به کاربرد شده، وابسته به شتاب‌دهی و شتابگیری سرعت الکترون‌های خروجی در یک میدان الکتریکی وابسته به زمان، است. بر اساس پیشرفت‌های حاصل شده در فرایند نشر نوری الکترون ، امکان بررسی فرآیندهایی مانند تغییرات زمینه‌های نور با وضوح زیر اتمی، در مقیاسی که تا کنون در دسترس نبود، فراهم شده است.

دکترای شیمی معدنی از دانشگاه فردوسی مشهد علاقه مند به بیو شیمی معدنی و شیمی محاسباتی مخصوصا بررسی نقش فلزات در سیستم های زیستی مانند نقش آهن در تالاسمی!

ارسال نظر

*