스웨덴-독일 팀의 획기적인 연구는 비교할 수 없는 정밀도로 초고속 전자 역학을 추적하여 나노 물질 및 태양 전지 연구를 위한 새로운 길을 열었습니다. 전자가 분자나 반도체를 통해 이동할 때, 그 시간 규모는 엄청나게 짧습니다. 올덴부르크 대학의 물리학자인 Jan Vogelsang 박사를 포함한 스웨덴-독일 연구팀은 이러한 초고속 프로세스를 더 잘 이해하는 데 상당한 진전을 이루었습니다. 연구원들은 레이저 펄스를 사용하여 이전에는 달성할 수 없었던 나노미터의 공간 분해능과 시간 분해능으로 산화아연 결정 표면에서 방출된 전자의 역학을 추적했습니다.
이러한 실험을 통해 팀은 나노물질과 새로운 태양전지의 전자 거동을 더 잘 이해하기 위한 이 방법의 적용 가능성을 입증했습니다. 이번 연구에는 지난해 노벨 물리학상 수상자 3명 중 한 명인 앤 르휘리에(Anne Lehuillier) 교수를 비롯한 룬드대학교 연구진이 참여했으며, 이 연구는 과학저널 '어드밴스드 피직스 리서치(Advanced Physics Research)'에 게재됐다.
실험에서 팀은 발광전자현미경(PEEM)이라는 특수한 유형의 전자현미경과 아토초 물리학 기술을 결합했습니다. 과학자들은 전자를 여기시키고 그 이후의 행동을 기록하기 위해 매우 짧은 기간의 광 펄스를 사용했습니다. "이 과정은 빠른 동작을 포착하는 사진의 플래시와 매우 유사합니다. 아토초는 10억분의 1초로 매우 짧습니다."라고 Vogelsang은 설명합니다.
팀이 보고한 바와 같이, 지금까지 유사한 실험은 전자의 움직임을 추적하는 데 필요한 시간적 정밀도를 달성하지 못했습니다. 이 작은 기본 입자는 훨씬 더 크고 무거운 원자핵보다 훨씬 빠르게 움직입니다. 그러나 이번 연구에서 과학자들은 공간적 또는 시간적 해상도를 손상시키지 않으면서 기술적으로 까다로운 두 가지 기술인 광전자 방출 전자 현미경과 아토초 현미경을 결합할 수 있었습니다. "우리는 이제 마침내 아토초 펄스를 사용하여 원자 수준과 나노 구조에서 빛과 물질의 상호 작용을 자세히 연구할 수 있게 되었습니다."라고 Vogelsang은 말했습니다.
기술적 혁신과 미래 연구
이러한 발전의 한 가지 요인은 초당 많은 수의 아토초 펄스 플래시(이 경우 초당 200,000개의 광 펄스)를 생성할 수 있는 광원을 사용했다는 것입니다. 각 플래시는 결정 표면에서 평균 1개의 전자를 방출하므로 연구자들은 서로 영향을 주지 않고 그들의 행동을 연구할 수 있습니다. 초당 생성되는 펄스가 많을수록 데이터 세트에서 작은 측정 신호를 추출하는 것이 더 쉬워집니다.
본 연구를 위한 실험이 진행된 스웨덴 룬드 대학의 Anne L'Huillier 연구실은 이러한 실험에 필요한 기술 장비를 갖춘 세계에서 몇 안 되는 연구실 중 하나입니다. 2017년부터 2020년까지 룬드대학교에서 박사후 연구원으로 근무한 보겔상은 현재 올덴부르크대학교에도 비슷한 실험 실험실을 설립하고 있다. 앞으로 두 팀은 다양한 물질과 나노구조에서 전자의 거동을 탐구하는 연구를 계속할 계획이다.
컴파일된 소스: ScitechDaily