В лаборатории аттосекундной физики Института квантовой оптики им. Макса Планка была изучена эмиссия электронов из наночастиц диоксида кремния под действием сверхкоротких лазерных импульсов (1–4.5×10¹³ Вт/см²).

В эксперименте принимали участие ученые из разных стран мира, а проходил он под руководством трех немецких научных групп: группы из Института квантовой оптики им. Макса Планка (Гархинг), Университета им. Людвига-Максимилиана (Мюнхен) и Университета г. Росток.

Рис. 1. Схема эксперимента.

Наночастицы диоксида кремния SiO₂ размером от 50 до 150 нм подвергались воздействию интенсивных лазерных импульсов длительностью 5 фс. На рис. 2 представлены ТЕМ изображения наночастиц SiO₂ диаметром 147+/-7 нм, непосредственно участвовавших в эксперименте. Эксперимент был синхронизирован так, что каждому лазерному импульсу соответствовала своя наночастица. Под действием интенсивного лазерного излучения происходила эмиссия электронов с поверхности наночастицы. Электроны имели разброс по энергиям и эмитировались в телесный угол 30^o на расстояние до 1 нм. При этом за время взаимодействия наночастицы с лазерным импульсом некоторые электроны успевали вернуться обратно и рассеяться упругим или неупругим образом. В результате неупругого рассеяния испускался квант света в УФ области спектра. Рассеяннные упруго электроны получали дополнительную порцию энергии и вновь устремлялись вверх в направление от наночастицы (Прим.ред.: как в пинг-понге, откуда и произошло ассоциативное название статьи по теме эксперимента, опубликованной на сайте Института Макса Планка).

Рис. 2. ТЕМ изображения наночастиц SiO₂.

Исследователи считают: варьируя мощность лазерного излучения и длительность импульса можно управлять энергией эмитируемых электронов, и соответственно дальностью их полета, что может найти применение в области оптоэлектроники. Эмиссия электронов с помощью сверхкоротких лазерных импульсов возможна с поверхности материала любого размера и формы. В дальнейшем ученые планируют исследовать электронную эмиссию с помощью сверхкоротких лазерных импульсов из диэлектрических пленок, упорядоченных наноповерхностей и композитных наноструктур.

Рис. 3. Распределение эмитируемых электронов по энергиям.

По материалам статьи:

Sergey Zherebtsov, Thomas Fennel, Jürgen Plenge et al. Controlled near-field enhanced electron acceleration from dielectric nanospheres with intense few-cycle laser fields. – Nature Physics. – 2011. – doi:10.1038/nphys1983; Published online 24 April 2011.