利用短光脉冲研究超快电子动力学的进展

当电子在分子或半导体内移动时，这种情况会在难以想象的短时间尺度内发生。奥尔登堡大学的瑞典籍德国籍物理学家 Jan Vogelsang 博士现在在更好地理解这些超快过程方面取得了重大进展：研究人员能够使用激光脉冲跟踪从氧化锌晶体表面释放的电子动态纳米范围的空间分辨率和以前未达到的时间分辨率。

通过这些实验，该团队证明了一种方法的适用性，该方法可用于更好地理解纳米材料和新型太阳能电池等应用中的电子行为。隆德大学的研究人员参与了这项研究，其中包括去年三位诺贝尔物理学奖获得者之一的 Anne L'Huillier 教授，该研究发表在科学杂志《高级物理研究》上。

在他们的实验中，研究小组将一种特殊类型的电子显微镜(称为光电子显微镜(PEEM))与阿秒物理技术结合起来。科学家们使用极短持续时间的光脉冲来激发电子并记录它们随后的行为。“这个过程很像摄影中捕捉快速运动的闪光灯，”福格申解释道。阿秒非常短——只有十亿分之一秒。

结合两种技术要求较高的技术

正如该团队报告的那样，迄今为止类似的实验未能达到跟踪电子运动所需的时间精度。微小的基本粒子比更大更重的原子核旋转得快得多。然而，在本研究中，科学家们能够将光电子显微镜和阿秒显微镜这两种技术要求很高的技术结合起来，而不会影响空间或时间分辨率。“我们现在终于达到了可以使用阿秒脉冲在原子水平和纳米结构中详细研究光与物质相互作用的程度，”福格桑说。

实现这一进步的一个因素是使用每秒产生特别大量阿秒闪光的光源——在本例中每秒产生 200,000 个光脉冲。每个闪光平均从晶体表面释放一个电子，使研究人员能够研究它们的行为，而不会相互影响。“每秒生成的脉冲越多，从数据集中提取小测量信号就越容易，”物理学家解释道。

本研究的实验是在隆德大学(瑞典)的 Anne L'Huillier 实验室进行的，该实验室是全球少数拥有此类实验所需技术设备的研究实验室之一。福格申曾于2017年至2020年在隆德大学担任博士后研究员，目前正在奥尔登堡大学建立一个类似的实验实验室。未来，两个团队计划继续研究并探索电子在各种材料和纳米结构中的行为。

福格申自 2022 年起一直领导奥尔登堡大学阿秒显微镜研究小组。该小组由德国研究基金会著名的艾美诺特计划资助。

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