Lần đầu tiên quan sát thấy trực tiếp một electron phóng thích khỏi nguyên tử

Các nhà vật lí tại trường Đại học California, Berkeley, hợp tác với các nhà nghiên cứu đến từ Viện Quang học Lượng tử Max Planck và Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley thuộc Bộ Năng lượng Mĩ, đã trở thành những người đầu tiên quan sát thấy chuyển động của các electron hóa trị, hay electron lớp ngoài cùng, của một nguyên tử một cách trực tiếp qua nghiên cứu sự giải phóng electron từ một nguyên tử bằng một xung laser cường độ mạnh.

Trong các thí nghiệm, một electron trong nguyên tử krypton được giải phóng bởi một xung laser kéo dài chưa tới bốn femto giây (một femto giây là một phần triệu tỉ của một giây). Quá trình này để lại phía sau một nguyên tử với một lỗ trống tích điện dương dao động trong lớp vỏ hóa trị, cơ sở phát sinh các hàm sóng điện tử của nguyên tử.

Nguyên tử (ảnh minh họa)

Cac nhà khoa học, đứng đầu là tiến sĩ Steve Leone, một chuyên gia về laser cực nhanh và mới đây là người nhận được quỹ hỗ trợ của Cơ quan An ninh Khoa học và Công nghệ Quốc gia, đã sử dụng một xung ánh sáng tử ngoại cực ngắn, xung kéo dài m150 atto giây (một atto giây là một phần tỉ tỉ của một giây), để bắt giữ và chụp ảnh chuyển động của các electron hóa trị, lần đầu tiên.

Nghiên cứu về các chuyển động electron như thế này là cái người ta kì vọng sẽ cho phép các nhà khoa học điều khiển tốt hơn đối với các quá trình và các chất liệu sẽ cải thiện ngành điện tử học tốc độ cao và các nguồn năng lượng phi carbon.

“Nếu chúng ta muốn hiểu rõ điện tử học tốc độ cao, thì chúng ta phải bằng cách các liên kết phân tử đang biến đổi trong các phản ứng hóa học và chuyển động của các electron trong các phản ứng hóa học hoặc trong các chất rắn phức tạp, nhưng công việc chỉ có thể thực hiện bằng cách đóng băng thời gian trong một femto giây”, Leone nói.

Tiến sĩ Michael R. Berman, nhà quản lí dự án tại AFOSR, người phụ trách giám sát các nhà khoa học trên, tin rằng nghiên cứu của họ là một thí dụ tao nhã nữa của những khả năng mới của các xung atto giây đối với việc khảo sát động lực học của các chuyển động electron.

Chương trình này sẽ mở ra những cánh cửa mới tiến sang khảo sát các quá trình vật lí cơ bản ở những cấp độ thời gian nhanh hơn bao giờ hết.

“Những công cụ mới này sẽ đưa chúng ta đến khảo sát cơ sở động lực học electron trong các chất liệu và các chất bán dẫn, và có thể giúp chúng ta tìm hiểu và giảm bớt các quá trình thất thoát electron để chế tạo các dụng cụ điện tử, như pin mặt trời chẳng hạn, hiệu quả hơn, và mang việc xử lí dữ liệu điện tử đến mức cao nhất của nó”.

Nguồn: PhysOrg.com