İsveçli-Alman bir ekip tarafından yapılan çığır açıcı bir çalışma, ultra hızlı elektron dinamiklerini benzersiz bir hassasiyetle takip ederek nanomateryal ve güneş pili araştırmalarında yeni yollar açtı.
Elektronlar bir molekül veya yarı iletken içinde hareket ettiğinde, bu hayal edilemeyecek kadar kısa zaman ölçeklerinde gerçekleşir. Aralarında Oldenburg Üniversitesi’nden fizikçi Dr. Jan Vogelsang’ın da bulunduğu bir İsveç-Alman araştırma ekibi, bu ultra hızlı süreçlerin daha iyi anlaşılmasına yönelik önemli ilerleme kaydetti: Araştırmacılar, çinko oksit kristallerinin yüzeyinden salınan elektronların dinamiklerini aşağıdaki yöntemleri kullanarak izleyebildiler: nanometre aralığında uzaysal çözünürlüğe sahip ve daha önce ulaşılamayan zamansal çözünürlükte lazer darbeleri.
Elektron Davranışı Araştırmalarındaki Gelişmeler
Bu deneylerle ekip, diğer uygulamaların yanı sıra nanomalzemelerdeki elektronların davranışını ve yeni güneş pili türlerini daha iyi anlamak için kullanılabilecek bir yöntemin uygulanabilirliğini gösterdi. Bilim dergisinde yayınlanan araştırmaya, aralarında geçen yıl fizik alanında Nobel ödülü alan üç kişiden biri olan Profesör Dr. Anne L’Huillier’in de bulunduğu Lund Üniversitesi’nden araştırmacılar katıldı.
Araştırma ekibi, deneylerinde fotoemisyon elektron mikroskobu (PEEM) olarak bilinen özel bir tür elektron mikroskobu ile attosaniye fizik teknolojisini birleştirdi. Bilim insanları elektronları uyarmak ve sonraki davranışlarını kaydetmek için son derece kısa süreli ışık darbeleri kullanıyor. Vogelsang, “Süreç, fotoğrafçılıkta hızlı bir hareketi yakalayan flaşa benziyor” diye açıkladı. Bir attosaniye inanılmaz derecede kısadır; saniyenin milyarda birinin milyarda biri kadardır.
Geliştirilmiş Doğruluk için Gelişmiş Tekniklerin Birleştirilmesi
Ekibin bildirdiğine göre benzer deneyler şu ana kadar zamansal sonuca ulaşma konusunda başarısız oldu. kesinlik Elektronların hareketini izlemek için gereklidir. Küçük temel parçacıklar, daha büyük ve daha ağır atom çekirdeklerinden çok daha hızlı hareket eder.
Ancak bu çalışmada bilim insanları, teknolojik açıdan zorlu iki tekniği, fotoemisyon elektron mikroskobu ve attosaniye mikroskobunu, uzaysal veya zamansal çözünürlükten ödün vermeden birleştirmeyi başardılar. Vogelsang, “Artık nihayet, atomik düzeyde ve nanoyapılarda ışık ve maddenin etkileşimini ayrıntılı olarak araştırmak için attosaniye darbelerini kullanabileceğimiz noktaya ulaştık” dedi.
Teknolojik Atılımlar ve Gelecek Araştırmaları
Bu ilerlemeyi mümkün kılan faktörlerden biri, saniyede özellikle yüksek miktarda attosaniyelik flaşlar (bu durumda saniyede 200.000 ışık atımı) üreten bir ışık kaynağının kullanılmasıydı. Her flaş kristalin yüzeyinden ortalama bir elektron saldı ve araştırmacıların birbirlerini etkilemeden davranışlarını incelemelerine olanak tanıdı. Fizikçi, “Saniyede ne kadar çok darbe üretirseniz, veri kümesinden küçük bir ölçüm sinyalini çıkarmak o kadar kolay olur” diye açıkladı.
Bu çalışmaya yönelik deneylerin gerçekleştirildiği Lund Üniversitesi’ndeki (İsveç) Anne L’Huillier’in laboratuvarı, bu tür deneyler için gerekli teknolojik donanıma sahip dünya çapındaki birkaç araştırma laboratuvarından biridir. 2017-2020 yılları arasında Lund Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olarak görev yapan Vogelsang, şu anda Oldenburg Üniversitesi’nde benzer bir deney laboratuvarı kurma sürecinde. Gelecekte iki ekip araştırmalarına devam etmeyi ve elektronların çeşitli malzeme ve nanoyapılardaki davranışlarını keşfetmeyi planlıyor.
Referans: Jan Vogelsang, Lukas Wittenbecher, Sara Mikaelsson, Chen Guo, Ivan Sytcevich, Anne-Lise Viotti, Cord L. Arnold, Anne L’ Huillier ve Anders Mikkelsen, 03 Aralık 2023, İleri Fizik Araştırmaları.
Vogelsang, 2022’den beri Oldenburg Üniversitesi’ndeki Attosecond Mikroskopi araştırma grubuna başkanlık ediyor. Grup, Alman Araştırma Vakfı’nın prestijli Emmy Noether Programı tarafından finanse ediliyor.
