لیزرهای شدید نور جدیدی بر دینامیک الکترون مایعات می تابانند

لیزرهای شدید نور جدیدی بر دینامیک الکترون مایعات می تابانند

تمبر زمانی: 28 سپتامبر 2023، 10:22 صبح
گره منبع: 2302160
28 سپتامبر 2023 (اخبار نانوورک) رفتار الکترون ها در مایعات طیف وسیعی از فرآیندهای شیمیایی و در نتیجه فرآیندهای ضروری را در موجودات و جهان به طور کلی تعیین می کند. اما ثبت حرکات الکترون بسیار سخت است زیرا در عرض آتوثانیه اتفاق می‌افتد: قلمروی کوئنتیلیونم ثانیه. از آنجایی که لیزرهای پیشرفته اکنون در این بازه های زمانی کار می کنند، می توانند از طریق طیف وسیعی از تکنیک ها، اجمالی از این فرآیندهای فوق سریع را به دانشمندان ارائه دهند. یک تیم بین المللی از محققان موسسه ماکس پلانک برای ساختار و دینامیک ماده (MPSD) در هامبورگ و ETH زوریخ اکنون نشان داده اند که می توان دینامیک الکترون در مایعات را با استفاده از میدان های لیزری شدید بررسی کرد و مسیر آزاد میانگین الکترون را بازیابی کرد. - میانگین مسافتی که یک الکترون می تواند قبل از برخورد با ذره دیگر طی کند. آنها دریافتند که مکانیسمی که مایعات از طریق آن یک طیف نوری خاص به نام طیف با هارمونیک بالا منتشر می کنند، به طور قابل توجهی با مکانیسمی که در سایر فازهای ماده مانند گازها و جامدات وجود دارد متفاوت است. یافته‌های این تیم راه را برای درک عمیق‌تر دینامیک فوق سریع در مایعات باز می‌کند. استفاده از میدان های لیزری شدید برای تولید فوتون های پرانرژی، که به نام تولید با هارمونیک بالا (HHG) شناخته می شود، یک تکنیک گسترده است که به طور معمول در بسیاری از زمینه های مختلف علم به کار می رود، به عنوان مثال برای بررسی حرکت الکترونیکی در مواد، یا ردیابی واکنش های شیمیایی در زمان. HHG به طور گسترده در گازها و اخیراً در کریستال ها مورد مطالعه قرار گرفته است، اما تا به امروز اطلاعات بسیار کمتری در مورد این پدیده در مایعات وجود دارد. یک پالس لیزری شدید (به رنگ قرمز) به جریان مولکول های آب برخورد می کند و باعث ایجاد دینامیک فوق سریع الکترون های مایع می شود. یک پالس لیزری شدید (به رنگ قرمز) به جریان مولکول‌های آب برخورد می‌کند و دینامیک فوق‌العاده سریع الکترون‌های مایع را القا می‌کند. (تصویر: Joerg M. Harms / MPSD) اکنون تیم تحقیقاتی سوئیس-آلمانی گزارش می دهد فیزیک طبیعت(“High-harmonic spectroscopy of low-energy electron-scattering dynamics in liquids”) how it demonstrated the unique behavior of liquids when irradiated by intense lasers. So far, almost nothing is known about these light-induced processes in liquids – a stark contrast to the recent scientific progress on how solids in particular behave under irradiation. Hence the experimental team at ETH Zurich developed a unique apparatus to specifically study the interaction of liquids with intense lasers. The researchers discovered a distinctive behavior where the maximum photon energy obtained through HHG in liquids is independent of the laser’s wavelength. So which factor is responsible for this upper limit instead? That is the question the MPSD Theory group set out to solve. Crucially, the Hamburg researchers identified a connection that had not been uncovered so far. “The distance an electron can travel in the liquid before colliding with another particle is the crucial factor which imposes a ceiling on the photon energy,” said MPSD researcher Nicolas Tancogne-Dejean, a co-author of the study. “We were able to retrieve this quantity – known as the effective electron mean free path – from the experimental data thanks to a specifically developed analytical model which accounts for the scattering of the electrons.” By combining the experimental and theoretical results in their study of HHG in liquids, the scientists not only pinpointed the key factor which determines the maximum photo energy, but they also performed the first experiment of high-harmonic spectroscopy in liquids. At low kinetic energy, the region probed experimentally in this study, the effective mean free path of the electrons is very hard to measure. Therefore, the work by the ETZ Zurich / MPSD team establishes HHG as a new spectroscopical tool to study liquids and is therefore an important stepping stone in the quest to understand the dynamics of electrons in liquids.

تمبر زمان:

بیشتر از نانورک