Измерена скорость свободных электронов в наноструктурах

Международный коллектив физиков под руководством профессора лазерной и рентгеновской физики Мюнхенского технического университета (TUM) Райнхарда Кинбергера (Reinhard Kienberger) смог установить время прохождения электронами дистанций, соразмеримых с диаметром индивидуальных атомов.

В эксперименте сотрудники Института Макса Планка (IMPRS-APS) использовали кристалл вольфрама с нанесенным на него определенным количеством слоев атомов магния. На эти образцы направляли два световых импульса. Первый, на частоте крайнего (вакуумного) ультрафиолета, длился приблизительно 450 аттосекунд. Он проникал в материал и высвобождал электрон из атома магния, а также из атома вольфрама.

Свободные «магниевый» и «вольфрамовый» электроны двигались к поверхности и покидали кристалл. На этом этапе они захватывались электрическим полем второго импульса — ИК-излучения длительностью менее 5 фемтосекунд.

Поскольку два электрона достигали поверхности неодновременно (они проходили разные расстояния), на каждый из них осциллирующее поле падающей волны действовало в разной степени, в зависимости от фазы. Измеряя разницу энергий ускоренных электронов исследователи могли вывести из нее длительность прохождения частицами одиночных атомных слоев.

Было установлено, что сразу после высвобождения «вольфрамовый» электрон имеет скорость около 5 тыс. км/с. Прохождение слоя атомов магния задерживает его приблизительно на 40 аттосекунд.

Полученные результаты, считает профессор Кинбергер, имеют большое прикладное значение: «Хотя многие электроны в сегодняшних транзисторах способны покрывать большие расстояния, в будущем индивидуальные электроны смогут передавать сигнал через наноструктуры. Как результат, электронные устройства, такие как компьютеры, могут стать в несколько раз быстрее и меньше».