Technologia
Przełomem w badaniach nad istotą materii, dzięki obrazowaniu laserowemu

Po raz pierwszy w historii naukowcy byli w stanie nagrać klatka po klatce, jak elektron wchodzi w reakcję z pewnymi atomowymi drganiami ciała stałego.

Technika ta zapisuje proces, który najczęściej wywołuje rezystancję w materiałach, ale potrafi też przynieść efekt zupełnie odwrotny - brak oporu albo nadprzewodnictwo. - Sposób, w jaki elektrony oddziałują na siebie i ich mikroskopijne środowisko determinuje właściwości wszystkich ciał stałych. Kiedy zidentyfikujemy dominujące mikroskopijne interakcje, które określają właściwości materiału, możemy znaleźć sposób na ich podkręcenie lub spowolnienie, żeby wywołać pożądane efekty - twierdzi jeden z autorów projektu, MengXing Na z University of British Columbia (UBC).

Atomy nieustannie drżą, a kolizje między elektronami i atomem są postrzegane jako rozproszenia, które mogą zmienić jednocześnie kierunek i energię elektronu. To właśnie takie interakcje leżą u podstaw wielu egzotycznych stanów materii, kiedy to materiały wykazują unikatowe właściwości. Kontrolowanie tych interakcji jest zaś istotne dla technologicznej eksploatacji materiałów kwantowych, w tym superprzewodników, które są wykorzystywane choćby w maszynach do rezonansu magnetycznego czy pociągach magnetycznych, a pewnego dnia mogą zrewolucjonizować sposób transportowania energii. 

Żeby jednak tego dokonać, trzeba dobrze przyjrzeć się mechanizmom zachodzącym w tym wyjątkowym środowisku, a nie sposób dostrzec tego tradycyjnymi metodami. Na szczęście, dzięki wsparciu Fundacji Gordona i Betty Moore’ów, zespół UBC Stewart Blusson Quantum Matter Institute (SBQMI) opracował nową metodę obrazowania laserowego z wykorzystaniem ekstremalnego ultrafioletu, który pozwala oglądać zachodzące interakcje dosłownie klatka po klatce.

- Wykorzystujemy laserowe pulsy jako superskuteczne migawki, żeby dokładnie prześledzić, jak elektrony się rozpraszają, a mówimy o czasie szybszym niż jedna bilionowa sekundy. Dysponując tak wysoką skutecznością, po raz pierwszy w historii mogliśmy zmierzyć, jak elektrony wchodzą w interakcję ze specyficznymi drganiami czy fononem - twierdzą badacze. Swoje eksperymenty przeprowadzili z udziałem grafitu, który jest przyszłością branży elektronicznej, ale za sprawą pewnych właściwości jego aplikacja w nanoelektronice jest utrudniona. Naukowcy liczą na to, że za sprawą nowych możliwości uda im się osiągnąć w tym zakresie satysfakcjonujące efekty, ale jak sami podkreślają, to dopiero początek ich drogi.

Źródło: GeekWeek.pl/phys.org