Ny undersøgelse åbner døren til solid-state-enheder, der bruger spændte elektroner

For første gang, ingeniører og forskere ved Caltech har været i stand til direkte at observere elektroners ultrahurtige bevægelse umiddelbart efter at de er ophidset med en laser - og fandt ud af, at disse elektroner diffunderer ind i deres omgivelser meget hurtigere og længere end tidligere forventet.

Denne adfærd, kendt som "super-diffusion, "havde været en hypotese, men aldrig før set. Et hold ledet af Caltechs Marco Bernardi og afdøde Ahmed Zewail dokumenterede elektronernes bevægelse ved hjælp af mikroskoper, der tog billeder med en lukkerhastighed på en billioner af et sekund i en nanometer-skala rumlig opløsning. Deres fund fremgår af en undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation den 11. maj.

De ophidsede elektroner udviste en diffusionshastighed 1, 000 gange højere end før excitation. Selvom fænomenet kun varer et par hundrede billioner af et sekund, det giver mulighed for manipulation af varme elektroner i dette hurtige regime til at transportere energi og ladning i nye enheder.

"Vores arbejde viser eksistensen af ​​en hurtig forbigående, der varer i et par hundrede picosekunder, hvor elektroner bevæger sig meget hurtigere end deres rumtemperaturhastighed, indebærer, at de kan tilbagelægge længere afstande på en given tid, når de manipuleres med lasere, "siger Bernardi, adjunkt i anvendt fysik og materialevidenskab i Caltechs afdeling for teknik og anvendt videnskab. "Denne ikke-ligevægtsadfærd kan bruges i ny elektronisk, optoelektronisk, og udstyr til vedvarende energi, samt at afdække ny grundlæggende fysik. "

Bernardis kollega, Nobelpristager Ahmed Zewail, Linus Pauling -professor i kemi, professor i fysik, og direktør for Physical Biology Center for Ultrafast Science and Technology hos Caltech, døde den 2. august, 2016.

Undersøgelsen blev muliggjort ved at scanne ultrahurtig elektronmikroskopi - en ultrahurtig billeddannelsesteknologi, der var banebrydende af Zewail, og som er i stand til at skabe billeder med picosekundstid og nanometer rumlige opløsninger. Bernardi udviklede teori og computermodeller, der forklarer de eksperimentelle resultater som en manifestation af superdiffusion.

Bernardi planlægger at fortsætte forskningen ved at forsøge at besvare både grundlæggende spørgsmål om ophidsede elektroner (såsom hvordan de ækvilibrerer indbyrdes og med atomvibrationer i materialer) såvel som anvendte, såsom hvordan varme elektroner kan øge effektiviteten af ​​energiomdannelsesenheder som solceller og lysdioder.