高度な光パルスを使用したナノスケールの電子運動解析

高度な光パルスを使用したナノスケール電子運動解析

ロバート・シュライバー著

オルデンブルク、ドイツ (SPX) 10 年 2024 月 XNUMX 日

オルデンブルク大学のヤン・フォーゲルサング博士を含むスウェーデンとドイツの研究者は、超高速電子ダイナミクスの研究で大きな進歩を遂げました。前例のない空間的および時間的解像度で酸化亜鉛結晶の表面上の電子の動きを追跡した彼らの研究は、この分野における注目すべき進歩を示しています。

この研究は、超高速電子ダイナミクスの急速に発展している領域の一部であり、レーザーパルスを使用してナノマテリアル内の電子の動きを観察しました。科学雑誌「Advanced Physics Research」に詳しく掲載されているチームの実験は、ナノマテリアルから新しい太陽電池技術に至るまでの応用における電子の挙動を理解する上での彼らのアプローチの可能性を実証しています。

彼らの成功の中心となったのは、光電子放出電子顕微鏡 (PEEM) とアト秒物理技術の革新的な組み合わせでした。材料表面の検査に使用される技術である PEEM は、写真で高速フラッシュを使用するのと同様に、非常に持続時間が短い光パルスと組み合わせて、電子を励起し、その後電子を追跡します。「このプロセスは、写真における速い動きを捉えるフラッシュによく似ています」とフォーゲルサング博士は説明しました。

この分野における重要な課題の 1 つは、これらの信じられないほど高速な電子の動きを観察するために必要な時間精度を達成することです。電子は原子核よりもはるかに小さく高速であるため、非常に高速な測定技術が必要です。空間分解能や時間分解能を犠牲にすることなく、PEEM をアト秒顕微鏡と統合することは極めて重要な成果でした。フォーゲルサング博士は、「我々はついに、アト秒パルスを使用して原子レベルおよびナノ構造における光と物質の相互作用を詳細に調査できる段階に到達した」とチームの進歩を表現した。

チームの実験的アプローチは、200,000 秒あたり XNUMX アト秒のフラッシュを生成できる高出力光源から大きな恩恵を受けました。この周波数により、結晶表面からの個々の電子の放出が可能になり、それらの挙動を妨げられることなく研究できるようになりました。「生成する XNUMX 秒あたりのパルス数が多いほど、データセットから小さな測定信号を抽出することが容易になります」と Vogelsang 博士は指摘し、この技術能力の重要性を強調しました。

この研究は、著名な物理学者であり、前年の3人のノーベル物理学賞受賞者の1人であるアンヌ・ルイリエ教授が率いるスウェーデンのルンド大学の研究室で行われた。ルンド大学の研究室は、このような高度な実験を行うための設備を備えた世界でも数少ない研究室の 1 つです。

Vogelsang 博士は、以前はルンド大学で博士研究員として働いていましたが、現在オルデンブルク大学に同様の研究室を設立しています。これら 2 つの機関の協力は今後も継続され、さまざまな材料やナノ構造における電子の挙動を研究する計画が進められています。

2022 年以来、フォーゲルサング博士は、ドイツ研究財団のエミーネータープログラムの支援を受けて、オルデンブルク大学のアト秒顕微鏡研究グループを率いています。この取り組みは、最先端の科学研究を促進するというドイツの取り組みを反映しています。

調査報告書：極端紫外アト秒パルスペアを使用した ZnO 表面の時間分解光電子顕微鏡観察

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