Sciencemag.cz
Doporučujeme
Albert Einstein nedostal Nobelovu cenu za teorii relativity, ale za popis fotoelektrického jevu. Když na materiál dopadne světlo, mohou se z něj uvolňovat elektrony. Einsteinův přínos zde spočíval v tom, že potvrdil existenci kvant energie světla – fotonů (světlo nepředává svou energii spojitě).
Dosud ale nebylo jasné, jak rychle se to všechno děje – tedy jak dlouho po pohlcení fotonu vlastně dojde k vyzáření elektronu? Jonas Rist z Goetheho Univerzity ve Frankfurtu a jeho kolegové nyní došlo k závěru, že proces je extrémně rychlý, v attosekundách (10 na -18). Hodnotu bylo nutné změřit nepřímo, pomocí mikroskopu COLTRIMS (poznámka: označovaný jako typu react – reakční).
Vědci použili extrémně intenzivní rentgenové záření generované v synchrotronu BESSY II v berlínském Helmholtz-Zentrum. Světlo dopadlo na vzorek oxidu uhelnatého v mikroskopu. Rentgenový paprsek měl přesně takové množství energie, aby z atomu uhlíku vytlačil jeden z elektronů z nejvnitřnějšího elektronového obalu. V důsledku toho se molekula rozpadla. Poté byly změřeny atomy kyslíku a uhlíku a uvolněný elektron.
Z hlediska okolního elektrického pole není molekula oxidu uhelnatého symetrická. Ani emise elektronů proto neprobíhá ve všech směrech symetricky, v bezprostřední blízkosti molekuly jsou totiž elektrony stále ovlivňovány jejími elektrostatickými poli. V závislosti na směru pohybu elektronů se pak objevují různě velká zpoždění.
Podle zákonů kvantové fyziky mají elektrony nejen částicový, ale také vlnový charakter, což se nakonec projevilo v podobě interferenčního obrazce na detektoru. Právě to změřil samotný mikroskop COLTRIMS a odtud se pak pomocí dalších výpočtů stanovilo i samotné trvání emise.
Provedená měření mají význam jak z hlediska základní fyziky, tak pro chemii. Při chemické reakci vyvolané fotokatalýzou by se elektrony neuvolnily zcela, ale přenesly na další molekulu; rychlost emise pak souvisí i s dynamikou samotné chemické reakce.
Jonas Rist et al, Measuring the photoelectron emission delay in the molecular frame, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26994-2
Zdroj: Goethe University Frankfurt am Main / Phys.org
