Немецкие физики измерили время, необходимое электрону, чтобы оторваться от кончика металлической иглы под воздействием интенсивного лазерного поля. Результат показал 710 аттосекунд.
Они измерили обратно рассеянные электроны, облучая иглу импульсами света с двумя частотами, изменяя разность их фаз. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Именно высвобождение электронов из твердых тел под действием света сыграло важную роль в развитии физики; объяснение этого явления, данное Эйнштейном, заложило основу для совершенно нового восприятия фотонов.
Эмиссия электронов лежит в основе фотовольтаики, оптоэлектроники и некоторых приложений квантовой механики.
Кончик электронной иглы часто используется в качестве источника ультракоротких электронных импульсов. Такие импульсы необходимы для задач ускорения частиц, а также для визуализации.
Чтобы лучше понять фотоэмиссию, физики подробно изучили этот процесс, используя газообразные атомы и молекулы. Временное разрешение ионизации в этих условиях достигло аттосекунд — поразительное достижение.
Оценки времени фотоэмиссии для тонких игл являются лишь приблизительными.
Для решения этой проблемы Филипп Дьенстбиер и его коллеги сосредоточились на изучении фотоэмиссии электронов из различных частей иглы, когда на ее поверхность падал лазерный свет с двумя разными длинами волн.
На свойства эмиссии электронов влияет разность фаз между световыми пучками. Это позволило определить, что фотоэмиссия происходит в аттосекундном масштабе.
Команда использовала вольфрамовую иглу с радиусом кривизны 15 нанометров для фокусировки фемтосекундных импульсов с длиной волны от 1560 нанометров до 780 нанометров.
Оба пучка были направлены вдоль оси иглы, и их пиковые амплитуды — 7,54 и 1,43 вольта на нанометр — контролировались, пока ученые отслеживали, как энергетический спектр обратно рассеянных электронов изменяется со временем.
Физики заметили периодическую зависимость результатов от разности фаз. Они смоделировали это явление, используя зависящее от времени уравнение Шредингера, и обнаружили, что их моделирование прекрасно согласуется с наблюдениями.
Затем они спроецировали зависящие от времени волновые функции на классические траектории и сравнили результаты с фотоэмиссией. Анализ показал, что этот процесс происходит за 710 ± 30 аттосекунд
Эффект блокировки Паули препятствует эмиссии электронов из металлических игл, но для более тщательного изучения этого явления можно использовать электронную микроскопию высокого разрешения.
