強力なレーザーが液体の電子ダイナミクスに新たな光を当てる

28 年 2023 月 XNUMX 日 (Nanowerkニュース) 液体中の電子の挙動は、広範囲にわたる化学プロセスを決定し、したがって生物および世界全体の重要なプロセスを決定します。しかし、電子の動きはアト秒、つまり 10 分の 1 秒の領域内で起こるため、捕捉するのは非常に困難です。現在、先進的なレーザーはこれらのタイムスケールで動作するため、科学者はさまざまな技術を通じてこれらの超高速プロセスを垣間見ることができます。 ハンブルクのマックス・プランク物質構造動力学研究所（MPSD）とチューリッヒ工科大学の国際研究者チームは、強力なレーザー場を使用して液体中の電子の動力学を調査し、電子の平均自由行程を取得できることを実証しました。 – 電子が他の粒子と衝突するまでに移動できる平均距離。彼らは、液体が高調波スペクトルとして知られる特定の光スペクトルを放射するメカニズムが、気体や固体などの物質の他の相のメカニズムとは著しく異なることを発見しました。研究チームの発見は、液体中の超高速ダイナミクスのより深い理解への扉を開きます。 高調波発生 (HHG) として知られる高エネルギー光子を生成するために強力なレーザー場を使用することは、科学のさまざまな分野で日常的に導入されている広範な技術であり、たとえば、材料内の電子の動きを調べたり、時間の経過とともに化学反応を追跡したりするために使用されます。 HHG は気体中で、そして最近では結晶中で広く研究されていますが、液体中でのこの現象についてはこれまでほとんど知られていません。 強力なレーザー パルス (赤色) が水分子の流れに当たり、液体中の電子の超高速ダイナミクスを引き起こします。 (画像: Joerg M. Harms / MPSD) 現在、スイスとドイツの研究チームが報告しています。 自然物理学(「液体中の低エネルギー電子散乱ダイナミクスの高調波分光法」) 強力なレーザーが照射されたときの液体の独特な挙動をどのように実証したか。これまでのところ、液体におけるこれらの光誘起プロセスについてはほとんど何もわかっていません。これは、特に固体が照射下でどのように挙動するかについての最近の科学の進歩とはまったく対照的です。そこでチューリッヒ工科大学の実験チームは、液体と強力なレーザーの相互作用を特に研究するためのユニークな装置を開発しました。研究者らは、液体中での HHG によって得られる最大光子エネルギーがレーザーの波長に依存しないという独特の挙動を発見しました。それでは、この上限の原因となるのはどの要因でしょうか?それが MPSD 理論グループが解決しようとした問題です。重要なのは、ハンブルクの研究者らがこれまで明らかにされていなかった関連性を特定したことだ。 「電子が他の粒子と衝突する前に液体中を移動できる距離は、光子のエネルギーに上限を課す重要な要素です」と、この研究の共著者である MPSD 研究者のニコラ・タンコーニュ・デジャン氏は述べた。 「電子の散乱を考慮した特別に開発された解析モデルのおかげで、有効電子平均自由行程として知られるこの量を実験データから取得することができました。」液体中のHHGの研究における実験結果と理論結果を組み合わせることで、科学者らは最大光エネルギーを決定する重要な要素を特定しただけでなく、液体中での高調波分光の最初の実験も実行した。この研究で実験的に調べた領域である低い運動エネルギーでは、電子の実効平均自由行程を測定するのは非常に困難です。したがって、ETZ チューリッヒ / MPSD チームの研究は、液体を研究するための新しい分光ツールとして HHG を確立し、液体中の電子のダイナミクスを理解するための重要な足がかりとなります。

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63735.php