Sciencemag.cz
Doporučujeme
U dosavadních metod šlo dosáhnout buď vysokého prostorového rozlišení, nebo časového, ne oboje současně.
Fyzikové na Stuttgartské univerzitě pod vedením profesora Sebastiana Lotha vyvíjejí mikroskopii, která jim poprvé umožňuje zaznamenat pohyb elektronů na atomární úrovni s extrémně vysokým prostorovým i časovým rozlišením.
Mohlo by to umožnit zodpovědět dosud nevyřešené otázky týkající se pohybu elektronů v pevných látkách a také urychlit vývoj nových materiálů.
U pokročilých speciálních materiálů i minimální změny na atomární úrovni mohou způsobit nové makroskopické chování. Některé z těchto materiálů se například náhle změní z izolantů na supravodiče. K těmto změnám může navíc dojít extrémně rychle, během pikosekund.
Vědci nyní studovali materiál složený z niobu a selenu, u kterého lze relativně snadno pozorovat kolektivní pohyb elektronů ve vlně hustoty náboje. Autoři nové studie zkoumali, jak může jediná příměs tento kolektivní pohyb zastavit. Za tímto účelem stuttgartští vědci aplikovali na materiál extrémně krátký elektrický impuls, který trval pouhou pikosekundu. Vlna hustoty náboje se následkem toho přimkne k nečistotě a vyšle do mraku (vlny) elektronů poruchy o velikosti nanometrů, které na krátkou dobu způsobí velmi složitý pohyb elektronů v materiálu.
„Existují zavedené metody pro vizualizaci jednotlivých atomů nebo jejich pohybu,“ uvádí spoluautor výzkumu Sebastian Loth. „Ale u těchto metod lze dosáhnout buď vysokého prostorového rozlišení, nebo vysokého rozlišení časového.“ Aby nový stuttgartský mikroskop dokázal obojí, kombinuje skenovací (řádkovací, rastrovací) tunelový mikroskop, který rozlišuje materiály na atomární úrovni, s metodou ultrarychlé spektroskopie, tzv. spektroskopie typu pump-probe (zavedený překlad do češtiny snad není, používáno anglicky; snad něco jako „excitace-detekce“). Protože měřené signály jsou velice slabé, klíčové je odstínění systému od šumu. Pro získání smysluplných výsledků se kromě toho tato měření musí velmi mnohokrát zopakovat. Vědci dokázali optimalizovat svůj mikroskop tak, že experiment zvládne provést 41milionkrát za sekundu.
Shaoxiang Sheng et al, Terahertz spectroscopy of collective charge density wave dynamics at the atomic scale, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02552-7
Zdroj: University of Stuttgart / Phys.org
