Különleges elektronforrást alkotott egy magyar kutatócsoport

Az első néhány pálya valószínűség-eloszlása a hidrogénatomban. A kötésben levő elektron energiája meghatározza pályáját. A színek azt jelölik, hogy egy adott helyen mekkora valószínűséggel található meg az elektron

Új elven működő, nagy hullámhosszúságú fénnyel vezérelt elektronforrást hoztak létre szegedi, pécsi és budapesti kutatók, a megoldás új lehetőségeket nyithat a telekommunikációban, a biológiában, valamint az orvos- és anyagtudományban is - tájékoztatta kedden a Magyar Kutatási Hálózathoz tartozó Wigner Fizikai Kutatóközpont az MTI-t.

Nobel-díjat ért az elektronok atomon belüli mozgásának tanulmányozása

A közlemény szerint a fény által előidézett elektronkibocsátás régóta ismert jelenség, tanulmányozása alapvető felfedezésekhez vezetett. E jelenség magyarázatával - és nem a relativitáselmélettel - érdemelte ki Albert Einstein a Nobel-díjat 1921-ben.

Fénylő elektronáram, ami körbe hajlik a mágneses mező hatására Forrás: Wikimedia Commons/Marcin Białek

Krausz Ferenc 2023-ban Nobel-díjjal kitüntetett munkája pedig lehetővé tette az elektronok atomon belüli mozgásának tanulmányozását a jelenleg elérhető legrövidebb - attoszekundumos időtartamú - időskálán.

Albert Einstein 1921-ben, a fizikai Nobel-díj elnyerésének évében Forrás: Wikimedia Commons/Ferdinand Schmutzer

A fényelektromos hatás - elektronkibocsátás - létrehozásához általában a látható fényénél jóval rövidebb hullámhosszúságú ultraibolya vagy lágy röntgensugárzást használnak. Az atomokban és molekulákban lévő elektronok kiszabadításához ilyen besugárzásnál a kvantummechanika törvényei által megengedett legkisebb átadható energiamennyiség is elegendő.

Krausz Ferenc, a 2023. évi fizikai Nobel-díj magyar kitüntetettje Forrás: MTI/Kovács Tamás

Egészen más a helyzet a látható fényénél jóval hosszabb, milliméteres hullámhosszú - úgynevezett terahertzes - sugárzás esetén, ilyenkor ugyanis csak rendkívül erős elektromos terű terahertzes sugárzás képes elektronokat kiszabadítani az anyagból, az alagúteffektus révén.

Megfordították az elektromos tér irányát

Ezt a jelenséget vizsgálták a szegedi ELI-ALPS lézeres kutatóintézet, a Pécsi Tudományegyetem és a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont munkatársai. A Nature Communications című folyóiratban bemutatott kísérletükben rendkívül erős, 100 ezer volt/centimétert is meghaladó elektromos teret állítottak elő, terahertzes impulzusok formájában. Ezek felhasználásával

elsőként sikerült kísérletileg kimutatniuk terahertzes impulzusok által kiváltott felületi elektronkibocsátást.

Az elektromos tér irányának megfordításával pedig a kiszabadított elektronok számát is szabályozni tudták.

Az atommag körül az elektronok felhőt alkotnak Forrás: Wikimedia Commons

Az elektronikai eszközök kapcsolási sebessége és a telekommunikáció adatátviteli sebessége évtizedek óta folyamatosan nő, és már a közeljövőben várható, hogy a leggyorsabb eszközökben a mikrohullámokat a nagyságrendekkel sebesebb terahertzes hullámok váltják fel. A magyar kutatók most publikált új eredményei fontos lépést jelentenek ennek az erős terű terahertzes technológiának a megalapozásában, mivel a kísérleteik alapján nagy sebességű, terahertzes frekvencián működő kapcsolók építhetők.

Az első néhány pálya valószínűség-eloszlása a hidrogénatomban. A kötésben levő elektron energiája meghatározza pályáját. A színek azt jelölik, hogy egy adott helyen mekkora valószínűséggel található meg az elektron Forrás: Wikimedia Commons/Forinash, Kyle. Hydrogen W Simulation. Indiana University Southeast

Az eredmények ezenkívül jelentős mérföldkövet jelentenek a felületi elektronkibocsátáson alapuló, kisméretű, intenzív elektronforrások fejlesztésében is, amelyek az orvostudomány, a biológia és az anyagtudomány számos területén nélkülözhetetlenek - áll a közleményben.