Spændende opdagelse giver ny indsigt i fotoelektrisk effekt

Opdagelsen af, at frie elektroner kan bevæge sig asymmetrisk, giver en dybere forståelse af en af ​​de grundlæggende processer i fysik:den fotoelektriske effekt. Det blev først beskrevet af Albert Einstein og forklarer, hvordan højfrekvent lys frigiver elektroner fra et materiale. Resultaterne er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

"Den fotoelektriske effekt er blevet undersøgt i mange år, og det er meget opløftende pludselig at forstå, hvordan det fungerer på en dybere måde, "siger Marcus Dahlström, Lektor i matematisk fysik ved Lunds universitet i Sverige, der arbejdede på artiklen med kolleger i Lund og på Stockholms universitet.

Forskerne undersøgte, hvordan en elektron, der netop er frigivet fra et atom via den fotoelektriske effekt, kan ændre sin bølgebevægelse ved hjælp af et laserfelt. Den frie elektron kan både absorbere og udsende laserlys, som ændrer elektronens rotation på en asymmetrisk måde.

For at opdage dette fænomen, forskerne brugte ultrakorte laserpulser med en tidsnøjagtighed i en attosekundskala, som er svimlende kort:0.000000000000000001 sekunder.

Opdagelsen af ​​asymmetrien i kombination med den høje tidsopløsning gav forskerne mulighed for at forstyrre elektronernes indgroede adfærd. Fra kun at bevæge sig op og ned langs laserfeltet, det lykkedes forskerne at få elektronerne til også at sprede sig sidelæns.

"Nu hvor vi forstår, er der en asymmetri i de frie elektroners bevægelse, vi kan få en bedre forståelse af kvantedynamikken i fotoionisering, "siger David Busto, doktorand i atomfysik på LTH.

I klassisk fysik, partikler bevæger sig på en deterministisk måde fra et punkt til et andet via Newtons love. I modsætning til dette, kvantemekanik siger, at en partikel kan bevæge sig flere steder samtidigt. Forskerne har kunnet drage fordel af sidstnævnte:

"Når vi ændrer elektronbølgeretning, vi bruger kvantemekanisk interferens. Det er, elektronen går flere veje mod sin ændrede bølgeform. I klassisk fysik kan elektronen kun gå en vej. "

Fænomenet med det asymmetriske bevægelsesmønster er blevet bevist både i forsøg og i teori. Resultaterne er baseret på viden om, at elektroner øger deres roterende bevægelser, når de absorberer lys, noget den amerikansk-italienske fysiker Ugo Fano demonstrerede for 30 år siden.

Forskningen sigter mod at kontrollere elektroner i atomer og molekyler med større præcision. På lang sigt, det kan tænkes, at denne og anden grundlæggende videnskabelig viden om, hvordan atomer og molekyler fungerer, vil give mulighed for at forbedre måden, hvorpå reaktioner styres i molekyler, hvilket igen kan bane vejen for mere effektiv kemi.