Populære Innlegg

Redaksjonens - 2018

En rask titt på elektron-bosonkobling: Forskere bruker ultrafast spektroskopi på mange kroppseffekter

Anonim

Tenk deg å kunne justere egenskapene til et fast materiale bare ved å blinke lyspulser på det, for eksempel å slå en isolator til en superleder. Det er bare en potensiell avkastning nedover veien fra det fysiske fenomenet elektroner og atomer som virker sammen med ultrashortpulser av lys. Teknologien for ultrafast spektroskopi er en nøkkel til å forstå dette fenomenet, og nå har en ny rynke til den teknologien blitt innført av Berkeley Lab-forskere.

annonse


I en undersøkelse ledet av Alessandra Lanzara fra Berkeley Labs Materials Sciences Division ble tid- og vinkelfjernt fotoemissionsspektroskopi (trARPES) brukt til å direkte måle det ultrafaste svaret på elektronen selv-energi - en grunnleggende mengde som brukes til å beskrive "mange kropp "interaksjoner i et materiale - til fotoeksitasjon med nær-infrarødt lys i en høytemperatur superleder. Resultatene viste en sammenheng mellom fenomenene elektron-bosonkobling og superledningsevne. En boson kan være en kraftbærende partikkel, for eksempel en foton eller sammensatt partikkel av materie, en slik atomkjerne med et jevnt antall protoner og nøytroner.

"Under superleders kritiske temperatur utløste ultrasnotte excitasjoner en synkron reduksjon av elektronen selv-energi og det superledende energikløpet som fortsatte til gapet ble slukket, " sier Lanzara. "Over den kritiske temperaturen til superlederen var elektron-boson-koblingen ikke reagerende på ultrafast excitasjoner. Disse funnene åpner en ny vei for å studere forbigående selv-energi og korrelasjonseffekter i faste stoffer, som superledningsevne."

Studien av elektroner og atomer som interagerer med intense, ultra korte optiske pulser er et fremvoksende fysikkfelt på grunn av rollene disse samspillene spiller i modulering av de elektroniske strukturer og egenskaper av materialer som høytemperatur superledere. ARPES har vært den langvarige teknikken til å studere den elektroniske strukturen til et materiale. I denne teknikken forårsaker stråler av ultrafiolett eller røntgenlys som rammer overflaten eller grensesnittet til et prøveemne fotoutlasting av elektroner ved vinkler og kinetiske energier som kan måles for å avsløre detaljerte opplysninger om materialets elektroniske båndstrukturer. Mens ekstremt kraftig, mangler ARPES den tidsmessige komponenten som kreves for å studere båndets strukturelle dynamikk.

Disse TRARPES spektrene av dopet Bi2212 viser fotoemisjon intensitet før pumping (t = -1 ps) og etter pumping (t = 1 og t = 10 ps). Pilene markerer posisjonen til en kink som betyr koblingen av elektronene til bosoner.

Lanzara og et samarbeid som inkluderte Wentao Zhang, hovedforfatter av et papir om dette arbeidet i Nature Communications, la til den nødvendige tidsmessige komponenten i deres trARPES-studie. De anvendte denne teknikken til et materiale kjent som Bi2212, en forbindelse av vismut, strontium, kalsium og kobberoksid som anses som en av de mest lovende av supertemperaturledere. De aktiverte Bi2212-prøvene med femtosekundpulser av nær-infrarødt laserlys, og undersøkte resultatene med femtosekundspulser av ultraviolet laserlys. Forsinkelsestiden mellom pumpe- og sondeimpulser ble nøyaktig styrt slik at elektron-bosonkoblingen og superledningsgapet kunne spores samtidig.

"I kupratmaterialer som Bi2212 finnes det en kjent kink i fotoemisjonsmønsteret som betyr koblingen av elektronene til bosoner, " sier Zhang. "Men om denne kinken er relatert på noen måte til superkonduktivitet, har det blitt diskutert. Våre resultater viser at det er."

Denne undersøkelsen ble støttet av US Department of Energy's Office of Science.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av DOE / Lawrence Berkeley National Laboratory . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Wentao Zhang, Choongyu Hwang, Christopher L. Smallwood, Tristan L. Miller, Gregory Affeldt, Koshi Kurashima, Chris Jozwiak, Hiroshi Eisaki, Tadashi Adachi, Yoji Koike, Dung-Hai Lee, Alessandra Lanzara. Ultrafast quenching av elektron-boson interaksjon og superledende gap i en koprat superledere . Naturkommunikasjon, 2014; 5: 4959 DOI: 10, 1038 / ncomms5959


Legg Igjen Din Kommentar