Вчені знайшли спосіб вимірювання енергетичних характеристик пар взаємодіючих електронів
Направте промінь світла або інших високоенергетичних частинок на поверхню певного матеріалу, і ви отримаєте звільнені пари електронів, які взаємодіють один з одним. Це явище відоме в науці як емісія електронних пар, а кількісні та якісні показники цього явища можуть допомогти вченим у визначенні тих чи інших фундаментальних властивостей кожного матеріалу та іншу інформацію, яку можна використовувати в проектуванні нових матеріалів, на основі яких будуть створюватися технології майбутнього.
Вимірювання параметрів емісії електронних пар завжди було неймовірно складним і важким завданням, адже будь-яке втручання тут же призводило до того, що електрони переставали взаємодіяти один з одним і пара просто розпадалася. Для таких вимірювань використовували неймовірно дорогі синхротронные джерела світла, які знаходяться лише в кількох лабораторіях на всій земній кулі, і до останнього часу нікому не вдавалося знайти більш простого методу вимірювань з використанням лінійки стандартного наукового обладнання.
Нещодавно групі вчених-фізиків з Інституту фізики мікроструктур Макса Планка (Max Planck Institute of Microstructure Physics), Німеччина, вдалося вирішити задачу вимірювання параметрів емісії електронних пар за допомогою комбінації двох лабораторних приладів загального призначення, час-пролітних мас-спектрометрів (time-of-flight spectrometers).
"Свого часу Ейнштейн отримав Нобелівську премію 1921 року з фізики за пояснення фотоелектричного ефекту, який був відкритий у 1905 році. Тоді вже Ейнштейн розглядав можливість того, що енергія фотона може бути передана не одному, а парі або ще більшій кількості електронів" - пояснює Майкл Хут (Michael Huth), вчений, який брав участь у даних дослідженнях, - "Існування такого ефекту було доведено пізніше експериментальним шляхом, а для вираження його кількісного показника було введено поняття сили електронної кореляції".
Для "збудження" взаємопов'язаної електронної пари єдиним фотоном потрібні спеціальні джерела світла, а для вимірювань величини ефекту використовуються електронні мас-спектрометри. Саме таку комбінацію вдалося реалізувати німецьким вченим у вигляді експериментальної установки, що отримала назву "Hydra". Назва установка отримала не випадково, воно обумовлено наявністю двох детектуючих головок мас-спектрометрів, які розташовуються всередині експериментальної камери.
Для доказу працездатності розробленого методу і створеної установки вчені спочатку провели дослідження окису нікелю (NiO), матеріалу, який теоретично повинен мати високе значення сил електронної кореляції. Вимірюючи розподіл енергій процесу емісії електронних пар, вчені виявили, що на відміну від металів, електронні пари, що вивільняються фотонами в окису нікелю, не мають високого значення енергії, але їх кількість значно вище, ніж при використанні чистих металів.
"Наші спостереження демонструють, що метали і окис нікелю ведуть себе зовсім по-різному" - розповідає Майкл Хут, - "Все це вкладається в рамки існуючих теорій і вказує на те, що нам дійсно вдалося виміряти значення сил електронної кореляції". Після перших експериментів дослідники провели ряд експериментів, використовуючи різні матеріали і фотони світла з різною енергією. Результати цих експериментів допоможуть надалі пояснити процеси, що відбуваються при емісії електронних пар, що, в свою чергу, дозволить вченим проектувати абсолютно нові функціональні матеріали для різних областей застосування, володіють рядом унікальних властивостей і характеристик.