Οι ερευνητές ανιχνεύουν πώς το φως διεγείρει τα ηλεκτρόνια στο μέταλλο
Όταν το φως χτυπά ένα μέταλλο, η ενέργεια του μπορεί να διεγείρει τα ηλεκτρόνια, προκαλώντας τους να πηδούν από χαμηλότερα σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως φωτοεξυπηρέτηση, είναι ζωτικής σημασίας για ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων των ηλιακών κυττάρων, των φωτοδιόδων και των δίοδοι εκπομπής φωτός (LED). Ωστόσο, η ακριβής ακολουθία των γεγονότων που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της φωτο -εκμετάλλευσης παρέμεινε αόριστη.
Τώρα, οι ερευνητές έχουν καταγράψει μια λεπτομερή ακολουθία αυτών των γεγονότων σε πραγματικό χρόνο, παρέχοντας μια άμεση παρατήρηση για το πώς το φως διεγείρει τα ηλεκτρόνια σε ένα μέταλλο. Η ομάδα πραγματοποίησε τα πειράματα στο Stanford Synchrotron Lightsource (SSRL) της SLAC Synchrotron (SSRL) και χρησιμοποίησε ένα υπερ -γρήγορο λέιζερ για να διεγείρει τα ηλεκτρόνια σε ένα λεπτό μεμβράνη μετάλλου. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησαν ένα φασματόμετρο φωτοεκπομπής που επιλύονται με χρονικό διάστημα για να μετρήσουν την ενέργεια και την ορμή των διεγερμένων ηλεκτρονίων ως συνάρτηση του χρόνου.
Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature, αποκαλύπτουν ότι η φωτοεκπομπή εμφανίζεται σε μια σειρά βημάτων. Πρώτον, το φως απορροφάται από το μέταλλο, δημιουργώντας ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. Το ηλεκτρόνιο και η οπή στη συνέχεια επιταχύνουν γρήγορα σε αντίθετες κατευθύνσεις λόγω των ηλεκτρικών πεδίων που δημιουργούνται από το φως του φωτός. Τέλος, το ηλεκτρόνιο και την οπή ανασυνδυαστεί, εκπέμποντας ένα φωτόνιο φωτός.
Οι ερευνητές ήταν σε θέση να παρατηρήσουν άμεσα αυτή τη διαδικασία χρησιμοποιώντας έναν παλμό λέιζερ Ultrashort για να διεγείρουν τα ηλεκτρόνια. Αυτό τους επέτρεψε να καταγράψουν τη δυναμική της διαδικασίας φωτοεκπομπής σε χρονοδιάγραμμα των femtoseconds (10-15 δευτερόλεπτα).
"Τώρα μπορούμε να δούμε ακριβώς τι συμβαίνει όταν το φως χτυπά ένα μέταλλο", δήλωσε ο Philip Heimann, καθηγητής εφαρμοσμένης φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και συν-συγγραφέας της μελέτης. "Αυτή είναι μια θεμελιώδης κατανόηση μιας διαδικασίας που είναι απαραίτητη για πολλές οπτοηλεκτρονικές συσκευές".
Τα ευρήματα της ομάδας θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη νέων οπτοηλεκτρονικών συσκευών που είναι πιο αποτελεσματικές και έχουν ταχύτερους χρόνους απόκρισης. Θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν τους ερευνητές να κατανοήσουν τον τρόπο με τον οποίο το φως αλληλεπιδρά με άλλα υλικά, όπως ημιαγωγούς και μονωτές.
