Işık atımları, yalnızca 53 attosaniye süren metalik bir nanotipten elektron patlamaları yayar. Kredi: Eleftherios Goulielmakis/University of Rostock
Bilgisayarınızın ve diğer elektronik cihazlarınızın neden bazen hızlı bazen yavaş çalıştığını hiç merak ettiniz mi? Her şey, mikrokozmosumuzdaki en küçük parçacıklar olan elektronların elektronik mikroçiplerin transistörlerindeki küçük uçlardan dışarı aktığı ve darbeler oluşturduğu hıza kadar kaynar. Bu hızı artırmaya yönelik yöntemler geliştirmek, elektroniği ve uygulamalarını maksimum performans potansiyeline ulaştırmak için çok önemlidir.
Peki elektronların bir elektronik devredeki küçük bir metal kurşundan akması için mümkün olan en kısa süre nedir?
Rostock Üniversitesi Fizik Enstitüsü Extreme Photonics grubunun başkanı Profesör Eleftherios Goulielmakis liderliğindeki bir araştırma ekibi ve Stuttgart’taki Max Planck Katı Hal Araştırma Enstitüsü’nün işbirlikçileri, aşırı kısa lazer flaşları kullanarak tungsten nanotipten elektronları fırlatmak ve bugüne kadarki en kısa elektron patlamasını oluşturmak için son teknoloji lazer darbeleri kullandı. Bulgular yakın zamanda Nature dergisinde yayınlandı.
Işığın metallerden elektronları serbest bırakabileceği uzun süredir bilinse de (nasıl olduğunu ilk açıklayan Einstein oldu) bu süreci manipüle etmek son derece zordur. Işığın elektrik alanı, yönünü saniyede yaklaşık bir milyon milyar kez değiştirerek, metallerin yüzeyinden elektronları ayırma şeklini kontrol etmeyi zorlaştırıyor.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için Rostock bilim adamları ve ortakları, işçiler, kendi gruplarında daha önce geliştirilen modern bir teknolojiyi (ışık alanı sentezi) kullandılar; Buna karşılık, elektronları bir vakuma serbest bırakmak için bir tungsten iğnenin ucunu aydınlatmak için bu flaşları kullandılar.
“Alanının yalnızca tek bir döngüsünü oluşturan ışık atımlarını kullanarak, artık elektron vermek mümkün. araştırma grubu başkanı Eleftherios Goulielmakis, onları çok kısa bir süre içinde tungsten ucundan kurtarmak için hassas bir şekilde kontrol edilen bir tekme,” diye açıklıyor.
Ancak bilim adamları da bir yol bulmadıkça bu zorluğun üstesinden gelinemezdi. bu elektron patlamalarının kısalığını ölçmek için. Bu engelin üstesinden gelmek için ekip, lazerin elektronları nanotipten vakuma doğru ittiği kısa süre boyunca elektronların anlık görüntülerini alabilen yeni bir tür kamera geliştirdi.
“İşin püf noktası şuydu: yeni çalışmanın baş yazarı Dr. Hee-Yong Kim, ikinci, çok zayıf bir ışık flaşı kullanın” dedi. “Bu ikinci lazer flaşı, zaman içinde nasıl göründüğünü anlamak için elektron patlamasının enerjisini nazikçe bozabilir” diye ekliyor. “Oyuncuların bir nesneye bakmadan onu tanımlamaya çalıştığı ‘Kutuda ne var?’ oyununa benziyor. ancak şeklini elleriyle hissetmek için çevirerek,” diye devam ediyor.
Peki bu teknoloji elektronikte nasıl kullanılabilir? Goulielmakis, “Teknoloji hızla ilerledikçe, elektronların onları yavaşlatan engelleri önlemek için sıkı bir şekilde paketlenmiş kablolar arasında bir boşlukta hareket ettiği mikroskobik elektronik devrelerin geliştirilmesini beklemek mantıklıdır” diyor. “Elektronları fırlatmak ve onları bu iletkenler arasına sürmek için ışığı kullanmak, geleceğin elektronik cihazlarını bugünün performansından birkaç bin kat daha hızlandırabilir” diye açıklıyor.
Ancak araştırmacılar, yeni geliştirdikleri metodolojinin doğrudan bilimsel amaçlar için kullanılacağına inanıyor. amaçlar. Araştırmanın ortak yazarlarından Profesör Thomas Fennel, “Işığın alan döngüsünün bir kısmı içinde bir metalden elektronları fırlatmak, deneyleri önemli ölçüde basitleştiriyor ve elektronların emisyonunu daha önce mümkün olmayan şekillerde anlamak için gelişmiş teorik yöntemler kullanmamıza izin veriyor” diyor. yeni yayın.
“Elektron patlamalarımız, malzemelerdeki elektronik ve atomik hareketlerin anlık görüntülerini almak için mükemmel çözünürlük sağladığından, teknolojideki uygulamalarını kolaylaştırmak için karmaşık malzemeleri derinlemesine anlamak amacıyla bunları kullanmayı planlıyoruz.” sona eriyor.
Referans: “Atosaniye alan emisyonu”, H. Y. Kim, M. Garg, S. Mandal, L. Seiffert, T. Fennel ve E. Goulielmakis, 25 Ocak 2023, Nature.
{ 8}DOI: 10.1038/s41586-022-05577-1