Надкороткі імпульси світла дозволили вченим побачити процес виникнення “внутрішньоатомних” екситонів

Коли потужне рентгенівське випромінювання “висвітлює” різні матеріали або великі молекули, електрони вибиваються з їх місць біля ядра атома.

Протягом довгого часу вчені вважали, що вивільнений електрон і залишилася позитивно заряджена “дірка” в електронній оболонці атома формують квазічастинку під назвою “внутрішньоатомний екситон”, подібно звичайним екситонів , що утворюється в середовищі напівпровідникових матеріалів. Але до останнього часу у вчених не було жодного доказу існування цих внутрішньоатомних екситонів.

Основні труднощі виявлення, вивчення властивостей і поведінки внутрішньоатомних екситонів полягає в тому, що ці квазічастинки є вкрай короткоживучими, і для їх вивчення не підходять технології і прилади, які використовуються для вивчення звичайних екситонів в напівпровідниках. Проте, групі вчених з Інституту квантової оптики Макса Планка (Max Planck Institute of Quantum Optics) вдалося зафіксувати факт існування внутрішньоатомних екситонів і визначити динаміку їх руху в режимі реального часу. Для цього вчені використовували спалаху рентгена, тривалістю в кілька сотень аттосекунд (1 аттосекунди = 0.000000000000000001 секунди), супроводжувані спалахами світла порівнянної тривалості. В результаті використання надкоротких спалахів у вчених вийшла супершвидкісної камера, Яка виявилася здатною зробити перші в історії науки знімки внутрішньоатомних екситонів, що виникають в діоксиді кремнію.

Ключовим моментом фіксації існування внутрішньоатомних екситонів стала розроблена в минулому році установка, здатна виробляти аттосекундні спалаху світла, точно синхронізовані зі спалахами рентгенівського випромінювання. “У нашому експерименті ми використовували спалаху рентгена для формування внутрішньоатомних екситонів в частинках з твердих матеріалів. А оптичні аттосекундні імпульси дозволили нам побачити рух цих екситонів в режимі реального часу” – розповідає Жюльєн Бертран (Julien Bertrand), один з дослідників, – “Комбінація двох надшвидкісних технологій дозволила нам зробити знімки екситонів, час “життя” не перевищує 750 аттосекунд”

“Крім того, що нам вдалося зафіксувати факт існування внутрішньоатомних екситонів і відстежити їх рух, ми змогли отримати масу інформації про основні властивості цих квазічастинок” – розповідає доктор Елефтерайос Гулілмакіс (Dr. Eleftherios Goulielmakis), керівник наукової групи, – “Наша технологія є першою надшвидкісною рентгенівської технологією, яка дозволяє вивчати квазічастинки, що існують в їх природних часових рамках “.

В даний час дослідницька група доктора Гулілмакіса розглядає можливість застосування їх технології для вивчення інших швидкоплинних процесів, що відбуваються на кордонах частинок з твердих матеріалів. Цілком ймовірно, що завдяки цій технології, яка знайшла додаткову “міць” звведенням в експлуатацію нового лазера на вільних електронах, буде зроблено безліч нових відкриттів, здатних зробити революцію в галузі електроніки, нанотехнологій, матеріалознавства і т.п.