Nye data om ultrahurtig elektronfotoemission fra metalliske nanostrukturer opnået

Resultaterne af et russisk-japansk eksperiment forklarer mekanismen for elektronfotoemission af metalliske nanostrukturer under ultrahurtig laser-excitation. Metalliske nanopartikelensembler er i stand til at udsende korte bundter af elektroner, når de bestråles af kraftige laserpulser på femtosekund (1 fs =10 ^-15 s) varighed. Forskere ved Lobachevsky Universitet har længe undersøgt plasmoneffekten - excitation på grund af kollektive elektronoscillationer i nanopartikler og forstærkning af lysfeltet forbundet med disse svingninger i nærheden af ​​nanopartiklen, som spiller hovedrollen i denne proces. Det er plasmonforstærkning af feltet, der giver effektiv fotoemission af elektroner fra et metal.

Udsigterne til praktisk anvendelse af plasmon-nanostrukturer er forbundet med deres anvendelse som ultrahurtige fotokatoder til at skabe pulserede kilder til sammenhængende røntgenstråling med høj lysstyrke og til at producere mikroskoper med høj tidsopløsning.

Fotoemission af elektroner fra metalliske nanopartikler ledsages af udsendelse af terahertz -stråling (dens område i skalaen for elektromagnetiske bølger er mellem lys og mikrobølger), hvilket gør det muligt at bruge denne stråling som et redskab til at studere fotoemission.

"Terahertz-strålingens intensitet afhænger ikke-lineært af laserpulsens intensitet og demonstrerer en høj ikke-linearitet rækkefølge (fra 3 til 6 i forskellige forsøg). Selvom mekanismen for terahertz-strålingsgenerering ved fotoelektroner ikke er fuldt ud forstået, det menes, at den høje rækkefølge af ikke-linearitet forklares af elektronemissionens multi-foton karakter, det er, ved behovet for at overføre energi fra flere laserfotoner til elektronen for at udføre arbejdet med at frigive elektronen fra metallet, "forklarer Michael Bakunov, Leder af General Physics Department ved Lobachevsky University.

For at teste hypotesen om en multi-foton fotoemissionsmekanisme, forskere fra Lobachevsky University sammen med deres japanske kolleger fra Shinshu University, Osaka University og Tokyo Institute of Technology gennemførte et eksperiment, hvor den samme metalliske nanostruktur, en række guldnanoroder ("gylden nanoforest") blev bestrålet med kraftige ultrakorte lyspulser af forskellige bølgelængder - fra 600 nm til 1500 nm.

Resultatet var overraskende. På trods af at kvantas energi var mere end todelt, rækkefølgen af ​​ikke-linearitet var omtrent den samme (4,5-4,8) for bølgelængder fra 720 til 1500 nm og endnu større (6,6) for en bølgelængde på 600 nm (med den højeste kvanteenergi).

"Disse resultater modbeviser hypotesen om multi-fotonemission af elektroner. På samme tid, de eksperimentelle afhængigheder er i god overensstemmelse med tunnelemissionsmekanismen, hvorved elektroner får en til at flygte fra metallet ved hjælp af et plasmonforbedret lysfelt, "slutter Michael Bakunov.

Resultaterne af russiske og japanske forskeres forskning blev offentliggjort i et af de førende videnskabelige tidsskrifter, Videnskabelige rapporter