Pixabay License. Volné pro komerční užití

Změřili interakce elektronů na femtosekundové škále

Jak reagují různé materiály na dopad iontů? Tato otázka hraje důležitou roli například ve výzkumu jaderné fúze, kdy jsou stěny fúzního reaktoru bombardovány vysokoenergetickými ionty; ale také při výrobě polovodičů a jejich další úpravě, kdy iontové paprsky vytvářejí v materiálech mikroskopické struktury.
Výsledek dopadu iontů na materiál se dosud studoval prakticky pouze zpětně. Stanovit časovou posloupnost příslušných procesů je mnohem obtížnější. Vědcům na TU Wien se nyní podařilo v časovém měřítku jedné femtosekundy analyzovat, co se děje s jednotlivými částicemi, když iont pronikne do materiálů, jako je grafen nebo sulfid molybdeničitý. Umožnila to analýza elektronů, které jsou při tomto procesu emitovány.
V experimentu byly použity vysoce elektricky nabité ionty xenonu. Atomy xenonu mají v neutrálním stavu 54 elektronů, tady z nich připraveny ionty +20 až +40 (tj. mimo normální chemii). Ty pak vědci nasměrovali na grafen – jednak kvůli speciálním vlastnostem 2D materiálů (včetně možností díky tomu vše sledovat), jednak kvůli pohyblivosti elektronů v grafenu. „Podařilo se nám velmi přesně změřit počet a energii těchto elektronů /elektronů uvolněných v grafenu v důsledku interakce/, porovnat výsledky s teoretickými výpočty, k nimž přispěli naši spoluautoři z Kielské univerzity, a to nám umožnilo odhalit, co se odehrává ve femtosekundovém měřítku,“ uvedla spoluautorka studie Anna Niggas.
Vysoce nabitý iont se nejdřív jen přiblížil k tenké vrstvě materiálu, kladný náboj vytvořil elektrické pole, a tím ovlivnil elektrony materiálu – již před samotnou srážkou se elektrony v grafenu pohybovaly ve směru místa nárazu (pole se na rozdíl od iontu šířilo rychlostí světla). V určitém okamžiku bylo elektrické pole tak silné, že elektrony byly vytrženy z materiálu a zachyceny vysoce nabitým iontem. Bezprostředně poté pak iont narazil na povrch a pronikl do materiálu. Tím předal materiálu v krátkém čase velké množství energie a došlo k emisi elektronů.
Na místo vyražených elektronů rychle přitékaly nové. V grafenu byl tento proces extrémně rychlý a v materiálu se na krátkou dobu vytvořily silné proudy v atomárním měřítku. V sulfidu molybdeničitém vše proběhlo podobně, jen trochu pomaleji. V obou případech však rozložení elektronů v materiálu zase ovlivňovalo elektrony, které již byly z materiálu uvolněny. Pouze rychlé elektrony dokázaly materiál opustit natrvalo a pak je mohl zachytit detektor.
Iont potřeboval k průniku vrstvou grafenu asi jednu femtosekundu. Procesy na tak krátkých časových škálách jsme dosud dokázali měřit pouze pomocí ultrakrátkých laserových pulzů – v tomto případě by však dodání další velké energie do materiálu celý proces zcela změnilo.

Anna Niggas et al, Ion-Induced Surface Charge Dynamics in Freestanding Monolayers of Graphene and MoS2 Probed by the Emission of Electrons, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.086802
Zdroj: Vienna University of Technology / Phys.org

Měsíc Titan pod drobnohledem (nejen) Webbova dalekohledu

V sobotu 5. listopadu se mezinárodní tým vědců s radostí probudil a spatřil první snímky …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close