Дослідники з Університету Штутгарта розробили революційний метод квантової мікроскопії, який дозволяє відобразити рух електронів у повільному режимі, що раніше було недосяжним. Професор Себастьян Лот, керуючий директор Інституту функціональної матерії та квантових технологій (FMQ)пояснює, що ця інновація вирішує давні питання про поведінку електронів у твердих тілах, що має важливі наслідки для розробки нових матеріалів.
У звичайних матеріалах, таких як метали, ізолятори та напівпровідники, зміни на атомному рівні не змінюють макроскопічних властивостей. Однак передові матеріали, виготовлені в лабораторіях, демонструють різкі зміни властивостей, такі як перетворення ізоляторів на надпровідники з мінімальними модифікаціями атомів. Ці зміни відбуваються протягом пікосекунд, безпосередньо впливаючи на рух електронів на атомному рівні.
НАКОНЕЧНИК ЗОБРАЖЕННЯ СКАНУЮЧОГО МІКРОСКОПА, ОБРОТЯНОГО В ЧАСІ, НАДОШУЄТЬСЯ КОЛЕКТИВНОГО РУХУ ЕЛЕКТРОНІВ У МАТЕРІАЛАХ ЧЕРЕЗ НАДШВИДКИЙ ТЕРАГЕРЦОВИЙ ІМПУЛЬС. ФОТО: © SHAOXIANG SHENG, ШТУТГАРТСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ (FMQ)
Команда Лота успішно спостерігала ці швидкі зміни, застосовуючи пікосекундний електричний імпульс до ніобієвого та селенового матеріалу, вивчаючи колективний рух електронів у хвилі щільності заряду. Вони виявили, як окремі домішки можуть порушити цей колективний рух, посилаючи спотворення нанометрового розміру через колектив електронів. Це дослідження базується на попередній роботі Інститутів Макса Планка в Штутгарті та Гамбурзі.
Розуміння того, як домішки зупиняють рух електронів, може дозволити цілеспрямовану розробку матеріалів зі специфічними властивостями, корисними для створення надшвидких комутаційних матеріалів для датчиків або електронних компонентів. Лот підкреслює здатність дизайну на атомному рівні впливати на макроскопічні властивості матеріалу.
Інноваційний метод мікроскопії поєднує скануючий тунельний мікроскоп, який пропонує роздільну здатність на атомному рівні, з ультрашвидкою спектроскопією з зондом накачки для досягнення високої просторової та часової роздільної здатності. Експериментальна установка є надзвичайно чутливою та вимагає захисту від вібрації, шуму та коливань навколишнього середовища для вимірювання надзвичайно слабких сигналів. Оптимізований командою мікроскоп може повторювати експерименти 41 мільйон разів на секунду, забезпечуючи високу якість сигналу та роблячи їх піонерами в цій галузі.
Подано . Дізнайтеся більше про науку.
Дослідники з Університету Штутгарта розробили революційний метод квантової мікроскопії, який дозволяє відобразити рух електронів у повільному режимі, що раніше було недосяжним. Професор Себастьян Лот, керуючий директор Інституту функціональної матерії та квантових технологій (FMQ)пояснює, що ця інновація вирішує давні питання про поведінку електронів у твердих тілах, що має важливі наслідки для розробки нових матеріалів.
У звичайних матеріалах, таких як метали, ізолятори та напівпровідники, зміни на атомному рівні не змінюють макроскопічних властивостей. Однак передові матеріали, виготовлені в лабораторіях, демонструють різкі зміни властивостей, такі як перетворення ізоляторів на надпровідники з мінімальними модифікаціями атомів. Ці зміни відбуваються протягом пікосекунд, безпосередньо впливаючи на рух електронів на атомному рівні.
НАКОНЕЧНИК ЗОБРАЖЕННЯ СКАНУЮЧОГО МІКРОСКОПА, ОБРОТЯНОГО В ЧАСІ, НАДОШУЄТЬСЯ КОЛЕКТИВНОГО РУХУ ЕЛЕКТРОНІВ У МАТЕРІАЛАХ ЧЕРЕЗ НАДШВИДКИЙ ТЕРАГЕРЦОВИЙ ІМПУЛЬС. ФОТО: © SHAOXIANG SHENG, ШТУТГАРТСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ (FMQ)
Команда Лота успішно спостерігала ці швидкі зміни, застосовуючи пікосекундний електричний імпульс до ніобієвого та селенового матеріалу, вивчаючи колективний рух електронів у хвилі щільності заряду. Вони виявили, як окремі домішки можуть порушити цей колективний рух, посилаючи спотворення нанометрового розміру через колектив електронів. Це дослідження базується на попередній роботі Інститутів Макса Планка в Штутгарті та Гамбурзі.
Розуміння того, як домішки зупиняють рух електронів, може дозволити цілеспрямовану розробку матеріалів зі специфічними властивостями, корисними для створення надшвидких комутаційних матеріалів для датчиків або електронних компонентів. Лот підкреслює здатність дизайну на атомному рівні впливати на макроскопічні властивості матеріалу.
Інноваційний метод мікроскопії поєднує скануючий тунельний мікроскоп, який пропонує роздільну здатність на атомному рівні, з ультрашвидкою спектроскопією з зондом накачки для досягнення високої просторової та часової роздільної здатності. Експериментальна установка є надзвичайно чутливою та вимагає захисту від вібрації, шуму та коливань навколишнього середовища для вимірювання надзвичайно слабких сигналів. Оптимізований командою мікроскоп може повторювати експерименти 41 мільйон разів на секунду, забезпечуючи високу якість сигналу та роблячи їх піонерами в цій галузі.
Подано . Дізнайтеся більше про науку.
