Направьте луч света или других высокоэнергетических частиц на поверхность определенного материала, и вы получите освобожденные пары электронов, взаимодействующие друг с другом. Это явление известно в науке как эмиссия электронных пар, а количественные и качественные показатели этого явления могут помочь ученым в определении тех или иных фундаментальных свойств каждого материала и другую информацию, которую можно использовать в проектировании новых материалов, на основе которых будут создаваться технологии будущего.
Измерение параметров эмиссии электронных пар всегда являлось невероятно сложной и трудной задачей, ведь любое вмешательство тут же приводило к тому, что электроны переставали взаимодействовать друг с другом и пара попросту распадалась. Для таких измерений использовали невероятно дорогостоящие синхротронные источники света, которые находятся только в нескольких лабораториях на всем земном шаре, и до последнего времени никому не удавалось найти более простого метода измерений с использованием линейки стандартного научного оборудования.
Недавно группе ученых-физиков из Института физики микроструктур Макса Планка (Max Planck Institute of Microstructure Physics), Германия, удалось решить задачу измерения параметров эмиссии электронных пар при помощи комбинации двух лабораторных приборов общего назначения, время-пролетных масс-спектрометров (time-of-flight spectrometers).
"В свое время Эйнштейн получил Нобелевскую премию 1921 года по физике за объяснение фотоэлектрического эффекта, который был открыт в 1905 году. Тогда уже Эйнштейн рассматривал возможность того, что энергия фотона может быть передана не одному, а паре или еще большему количеству электронов" - объясняет Майкл Хут (Michael Huth), ученый, принимавший участие в данных исследованиях, - "Существование такого эффекта было доказано позже экспериментальным путем, а для выражения его количественного показателя была введено понятие силы электронной корреляции".
Для "возбуждения" взаимосвязанной электронной пары единственным фотоном требуются специальные источники света, а для измерений величины эффекта используются электронные масс-спектрометры. Именно такую комбинацию удалось реализовать германским ученым в виде экспериментальной установки, получившей название "Hydra". Название установка получила не случайно, оно обусловлено наличием двух детектирующих головок масс-спектрометров, которые располагаются внутри экспериментальной камеры.
Для доказательства работоспособности разработанного метода и созданной установки ученые сначала провели исследования окиси никеля (NiO), материала, который теоретически должен иметь высокое значение сил электронной корреляции. Измеряя распределение энергий процесса эмиссии электронных пар, ученые обнаружили, что в отличие от металлов, электронные пары, высвобождаемые фотонами в окиси никеля, не имеют высокого значения энергии, но их количество намного выше, нежели при использовании чистых металлов.
"Наши наблюдения демонстрируют, что металлы и окись никеля ведут себя совершенно по-разному" - рассказывает Майкл Хут, - "Все это укладывается в рамки существующих теорий и указывает на то, что нам действительно удалось измерить значение сил электронной корреляции". После первых экспериментов исследователи провели еще ряд экспериментов, используя различные материалы и фотоны света с различной энергией. Результаты этих экспериментов помогут в дальнейшем объяснить процессы, происходящие при эмиссии электронных пар, что, в свою очередь, позволит ученым проектировать совершенно новые функциональные материалы для различных областей применения, обладающие рядом уникальных свойств и характеристик.
Подпишись: