Spændende atomer på farten:Finjusteret laserlys aktiverer iltatomer for at undslippe overfladen

(PhysOrg.com) - En ny måde at accelerere og fjerne oxygenatomer fra tynde film af calciumoxid er blevet opdaget af et team af forskere fra Pacific Northwest National Laboratory, University College of London, og Tohoku University. Ved at vælge den passende laserbølgelængde, de fandt en måde at fjerne ilt med mange gange lydens hastighed. Atomerne undslipper fra overfladen af ​​nanostrukturerede film af calciumoxid.

Denne forskning har implikationer for forskning og udvikling inden for fotokemi, katalyse, og mikroelektronik. Den blev valgt som forside af Journal of Physical Chemistry C for 27. januar, 2011.

Fokus på nye og gamle spørgsmål, Grundforskning hjælper os med at forstå videnskabens rene principper og udgør byggestenene til at løse store videnskabelige problemer. I denne nye forskning, et team af materialer og teoretiske fysikere samarbejdede om at besvare spørgsmål om at få større kontrol over tyndfilmstrukturer. Tynde film er vigtige for forskning i fotokemi, katalyse, og mikroelektronik, og har applikationer i industrier som farmaceutiske og energiteknologier.

Dette projekt involverer desorption af neutrale oxygenatomer fra en tynd film af calciumoxid (CaO). Desorption er processen med at fjerne atomer eller andre partikler fra en overflade. Ved at skinne en ultraviolet laser på materialet med højt overfladeareal, neutrale iltatomer desorberes med flere gange lydens hastighed.

Forskere brugte en teknik udviklet på PNNL kaldet reaktiv ballistisk aflejring til at dyrke en nanostruktureret film af CaO. Brug af laserimpulser til at excitere filmen, forskere anvendte time-of-flight-teknikker til at måle den kinetiske energi og udbytte af desorberede oxygenatomer. Ved at vælge laserbølgelængden, de var i stand til at producere meget energiske atomer fra filmoverfladen. Den elektroniske excitation, kendt som exciton, dannes i første omgang i materialets bulk. Excitoner er mobile og kan overføre elektronisk energi til filmens overflade. En gang på overfladen, noget af excitonenergien kanaliseres til desorption af neutrale oxygenatomer ved høj hastighed.

Denne forskning viser, at det er muligt at manipulere bestemte molekylære strukturer på en materialeoverflade ved at indstille laserbølgelængden. Denne opdagelse kan være nyttig til at manipulere overfladestrukturer på atomniveau. Ændring af tynde film i en meget fin skala kan give videnskabsmænd bedre kontrol over tynde filmstrukturer.

Forskere fortsætter med at arbejde på at udvikle og udforske andre mekanismer for termiske desorptionsprocesser fra oxidmaterialer.