En ny metode til at studere interaktioner mellem elektroner i faste stoffer og molekyler

Forskere ved Jyväskylä Universitet i samarbejde med forskningsgrupper i Italien, England og Tyskland har udviklet en ny metode til at studere interaktioner mellem elektroner i faste stoffer og molekyler. "Denne metode blev anvendt til at studere egenskaberne af metaller og løste nogle langvarige åbne problemer, siger Robert van Leeuwen, Professor ved Jyväskylä Universitet.

Måling af elektroninteraktioner ved hjælp af lys

Lys på fast stof udsender elektroner. Dette er kendt som den fotoelektriske effekt. Emissionen er forårsaget af energien fra lyset, der overføres til elektronerne, og som giver dem nok energi til at forlade det faste stof. Når elektronerne forlader det faste stof, en del af denne energi går tabt på grund af interaktioner med andre elektroner. Ved at måle energierne og hastighederne af de udsendte elektroner, disse tab kan bruges til at bestemme vigtige egenskaber ved interaktionen mellem elektronerne. Eksperimentelt, denne information er samlet i den såkaldte spektralfunktion eller fotoemissionsspektrum, som giver sandsynligheden for et vist energitab for en given hastighed. Beregningen af ​​denne spektrale funktion er en stor udfordring for teoretikere, da det kræver en detaljeret undersøgelse af vekselvirkningerne mellem partiklerne. Dette er kendt som "mange-partikelproblemet."

Nye måder at studere mange-partikel-interaktioner på

Eksisterende teoretiske metoder til at studere mange-partikel-interaktioner er baseret på at gruppere bestemte kollisionsprocesser mellem de elektroner, der bidrager til foto-emissionsspektret. På grund af vanskeligheden ved mange-partikelproblemet, dette kan ikke gøres præcist, og tilnærmelser skal anvendes. Imidlertid, standardmetoden førte til teoretiske vanskeligheder, som at inkludere mere komplicerede kollisionsprocesser gav bidrag med negative sandsynligheder. "En ny teoretisk metode blev udviklet til at løse dette ufysiske resultat, " siger Robert van Leeuwen. Metoden blev anvendt til at beregne foto-emissionsspektret for simple metaller og der opnåedes meget god overensstemmelse med forsøget. Bl.a. det blev fundet, at energitab til plasmoner, en slags lydbølge i en elektronvæske, blev beskrevet korrekt.