انتشار الکترون چند فوتونی با نور غیر کلاسیک

خلاصه خبر:

دانشمندان به کشف مهمی در مورد آمار الکترونی هنگام قرار گرفتن در معرض نور شدید دست یافتند. آنها با روشن کردن نوک سوزن های نانومتری فلزی با پالس های فوق کوتاه نور کوانتومی درخشان، رویدادهای آماری شدید و غیرعادی را در توزیع عدد الکترون پیدا کرده و نشان دادند که تعداد الکترون های ساطع شده تحت تأثیر آمار نور است. مطالعه نشان داد که نور کلاسیک از توزیع پواسونی پیروی میکند، در حالی که نور کوانتومی امکان نوسانات قابل توجهی در تعداد الکترون‌های ساطع شده را فراهم میکند. محققان با دستکاری آمار فوتون ها با استفاده از نورbright squeezed vacuum به رویدادهای آماری شدیدی دست یافتند که تا 65 الکترون از یک پالس نور ساطع میشد. این یافته‌ راه را برای حسگرهای جدید و پیشرفت‌ در اپتیک میدان قوی هموار کرده و شکاف بین نور کوانتومی و برهم‌کنش‌های الکترون را پر میکند

توضیحات تکمیلی:

دانشمندان مؤسسه ماکس پلانک برای علم نور (MPL) و دانشگاه فریدریش الکساندر ارلانگن-نورنبرگ (FAU) به کشف پیشگامانه ای در رابطه با رفتار آماری الکترون های ساطع شده تحت تأثیر نور شدید دست یافته اند. یافته‌های آن‌ها که در Nature Physics منتشر شده است، رویدادهای آماری شدید و بسیار غیرعادی را در توزیع اعداد الکترون نشان می‌دهد، زمانی که نوک سوزن‌های فلزی به اندازه نانومتر با پالس‌های فوق‌کوتاه نور کوانتومی روشن می‌شوند.

این تحقیق که توسط پروفسور ماریا چخوا در MPL و پروفسور پیتر هوملهوف در FAU هدایت می شود، چگونگی برهمکنش نور کوانتومی قوی با ماده را بررسی می کند. دانشمندان با روشن کردن نوک سوزن های فلزی با پالس های نور کلاسیک و کوانتومی، خواص آماری الکترون های ساطع شده را مطالعه می کنند.

تحت نور کلاسیک، الکترون های گسیل شده از توزیع پواسونی پیروی می کنند، به این معنی که هر الکترون مستقل از بقیه گسیل می شود. با این حال، هنگام استفاده از نور کوانتومی، به ویژه خلاء چلانده شده روشن یا همان bright squeezed vacuum، که نوسانات عدد فوتون قوی را نشان می دهد، محققان مشاهده کردند که آمار فوتون ها را می توان به الکترون ها منتقل کرد.

به طور قابل توجهی، دانشمندان با استفاده از bright squeezed vacuum، رویدادهای آماری شدیدی را ثبت کردند که در آن یک پالس نوری تا 65 الکترون با میانگین مقدار 0.27 الکترون در هر پالس ساطع می کرد. احتمال وقوع چنین رویدادی تحت آمار پواسونی بسیار کم  و از مرتبه 128-^10خواهد بود. علاوه بر این، با دستکاری تعداد حالت‌های خلاء فشرده، محققان می‌توانند توزیع عدد الکترون را به دلخواه سفارشی سازی کنند.

نتایج نشان می‌دهد که آمار فوتون‌های نور محرک بر روی الکترون‌های ساطع شده حک می‌شود. این کشف راه هایی را برای توسعه دستگاه های حسگر و اپتیک های میدان قوی که از تعامل بین نور کوانتومی و الکترون ها استفاده می کنند، باز می کند.

این تحقیق بینش‌های ارزشمندی در مورد تأثیر آمار فوتون‌ها بر فرآیندهای انتشار الکترون ارائه می‌کند و ماهیت بنیادی برهم‌کنش‌های نور-ماده را روشن می‌کند. توانایی دستکاری آمار الکترونی از طریق استفاده از منابع نور کوانتومی پتانسیل زیادی برای پیشرفت میکروسکوپ های الکترونی و توسعه فناوری های جدید در زمینه های مختلف دارد.

منبع

Jonas Heimerl et al, Multiphoton electron emission with non-classical light, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02472-6