Сгенерирован кратчайший электронный взрыв 27.02.2023

Вы когда-нибудь задумывались, почему ваш компьютер и другие электронные устройства иногда работают быстро, а иногда медленно? Все сводится к скорости, с которой электроны, мельчайшие частицы нашего микромира, вытекают из крошечных проводов внутри транзисторов электронных микросхем и создают импульсы. Разработка способов роста данной скорости имеет решающее значение для заслуги наибольшего потенциала производительности электроники и ее программ.

Но какое самое короткое время для электронов, чтобы вытекать из крохотного металлического свинца в электронной схеме?

Используя чрезвычайно короткие лазерные вспышки, команда исследователей под руководством профессора Элефтериоса Гулиэлмакиса, руководителя группы экстремальной фотоники Института физики Университета Ростока, и сотрудников Института исследования твердого тела Макса Планка в Штутгарте использовала состояние современных сегодня.

В то время как давно известно, что свет может высвобождать электроны из металлов (Эйнштейн был первым, кто объяснил, как), этим процессом чрезвычайно тяжело манипулировать. Электрическое поле света изменяет свое направление примерно миллион миллиардов раз в секунду, что затрудняет контроль над тем, как оно отрывает электроны от поверхности металлов.

Чтобы преодолеть эту проблему, ученые из Ростока и их коллеги использовали современную технологию, ранее разработанную их группой, - синтез светового поля, - что позволило им сократить световую вспышку до меньшего, чем полный размах его собственного поля. В свою очередь они использовали эти вспышки, чтобы осветить кончик вольфрамовой иглы, чтобы освободить электроны в вакуум.

"Используя световые импульсы, содержащие всего один цикл своего поля, теперь можно дать электронам точно контролируемый удар, чтобы освободить их от вольфрамового кончика в течение очень короткого интервала времени", - объясняет Элефтериос Гулиэлмакис, руководитель исследовательской группы.

Но эту проблему невозможно было бы решить, если ученые также не нашли способ измерить кратковременность этих вспышек электронов. Чтобы преодолеть это препятствие, команда разработала новый тип камеры, которая может производить мгновенные снимки электронов в течение короткого времени, когда лазер выталкивает их из нанокончика в вакуум.

"Хитрость заключалась в том, чтобы использовать вторую, очень слабую, световую вспышку", - сказал доктор Хи-Йонг Ким, ведущий автор нового исследования. "Эта вторая лазерная вспышка может мягко исказить энергию взрыва электронов, чтобы узнать, как это выглядит со временем", - добавляет он. "Это как игра "Что в коробке?" где игроки пытаются узнать объект, не смотря на него, но просто повернув его, чтобы почувствовать его форму руками", - продолжает он.

Но как эту технологию можно использовать в электронике? "Поскольку технология быстро развивается, разумно ожидать разработки микроскопических электронных схем, в которых электроны двигаются в вакуумном пространстве среди плотно упакованных свинцов, чтобы предотвратить замедляющие их препятствия", - говорит Гулиэлмакис. "Использование света для выброса электронов и перемещение их между этими проводами может ускорить будущую электронику в несколько тысяч раз по сравнению с сегодняшней", - объясняет он.

Но исследователи считают, что их не так давно разработанная методология будет использована конкретно в научных целях. "Выброс электронов из металла в пределах доли цикла светового поля значительно упрощает эксперименты и позволяет нам использовать передовые теоретические методы для понимания эмиссии электронов способом, ранее невозможным", - говорит профессор Томас Феннел, соавтор исследования.