Kotak alat baru untuk nano-optics memungkinkan deskripsi teoritis ke tingkat seakurat mungkin – Sains Terkini

Dengan resolusi spasial setinggi mungkin kurang dari sepersejuta milimeter, mikroskop elektron memungkinkan untuk mempelajari sifat-sifat material pada tingkat atom dan dengan demikian mendemonstrasikan ranah mekanika kuantum. Dasar-dasar fisika kuantum dapat dipelajari dengan sangat baik melalui interaksi antara elektron dan foton. Tergairahkan dengan sinar laser, misalnya energi, massa atau kecepatan elektron berubah. Profesor Nahid Talebi dari Institut Fisika Eksperimental dan Terapan di Universitas Kiel telah menemukan kotak peralatan baru untuk memperluas deskripsi teoretis interaksi cahaya-elektron ke tingkat seakurat mungkin. Dia telah menggabungkan persamaan Maxwell dan Schrödinger dalam loop bergantung waktu untuk sepenuhnya mensimulasikan interaksi dari prinsip pertama. Simulasi Talebi memungkinkannya untuk pertama kalinya mendeskripsikan proses ultra-cepat secara tepat dalam teori dan memetakannya secara real-time tanpa menggunakan pendekatan adiabatik. Baru-baru ini, dia mempresentasikan hasilnya di jurnal Surat Review Fisik. Dalam jangka panjang, mereka dapat membantu meningkatkan metode mikroskop karena Talebi sedang menyelidiki proyek ERC Starting Grant "NanoBeam" yang didanai oleh European Research Council.

Mikroskopi elektron ultrafast menggabungkan mikroskop elektron dan teknologi laser. Memiliki pulsa elektron ultra cepat, dinamika sampel dapat dipelajari dengan resolusi temporal femtosecond. Ini juga memungkinkan kesimpulan tentang properti sampel. Karena perkembangan lebih lanjut dari teknologi spektroskopi, sekarang dimungkinkan untuk mempelajari tidak hanya struktur atom dan elektronik dari sampel tetapi juga eksitasi fotoniknya, seperti plasmon polaritons.


Untuk pertama kalinya simulasi menggambarkan proses interaksi sebagai sebuah film secara real-time

Namun, simulasi interaksi elektron-cahaya ini memakan waktu dan hanya dapat dilakukan dengan komputer berkinerja tinggi. "Oleh karena itu, pendekatan adiabatik dan model elektron satu dimensi sering digunakan, yang berarti bahwa rekoil elektron dan modulasi amplitudo telah diabaikan," jelas Nahid Talebi, Profesor Nanooptics di Institute of Experimental and Applied Physics (IEAP) dan pakar simulasi . Untuk pertama kalinya, simulasi barunya menunjukkan proses interaksi elektron-cahaya sebagai sebuah film secara real-time, menggambarkan interaksi kompleks ke tingkat seakurat mungkin.

Dalam kotak peralatannya, dia telah menggabungkan persamaan Maxwell dan Schroedinger dalam loop tergantung waktu untuk sepenuhnya mensimulasikan interaksi dari prinsip pertama; oleh karena itu meletakkan bidang baru interaksi elektron-cahaya di luar perkiraan adiabatik. Berkat kombinasi ini, Talebi dapat mensimulasikan apa yang terjadi ketika sebuah elektron mendekati struktur nano emas yang sebelumnya tereksitasi oleh laser. Simulasinya menunjukkan bagaimana energi, momentum, dan secara umum bentuk paket gelombang elektron berubah untuk setiap momen interaksi. Dengan cara ini, dinamika penuh interaksi yang disebabkan oleh proses foton tunggal dan dua foton ditangkap. Proses foton tunggal penting misalnya untuk memodelkan saluran kehilangan energi elektron dan saluran lagi, sedangkan proses dua foton bertanggung jawab untuk memodelkan saluran elastis yang diinduksi laser seperti fenomena difraksi.

Khususnya dalam simulasinya, Talebi mengamati pola difraksi yang diucapkan yang berasal dari interaksi yang kuat antara elektron dan foton berdasarkan efek Kapitza-Dirac. Pola difraksi ini dapat memiliki aplikasi yang menjanjikan dalam holografi yang ditentukan oleh waktu, untuk mengungkap dinamika pembawa muatan dari sistem solid-state dan molekuler.

Metode spektroskopi yang lebih baik lagi dengan proyek ERC "NanoBeam"

"Kotak alat kami dapat digunakan untuk mengukur banyak perkiraan dalam perkembangan teoritis, termasuk perkiraan eikonal, mengabaikan mundur, dan mengabaikan proses dua-foton." Talebi berpikir. "Meskipun kami telah membuat langkah besar menuju interaksi elektron-cahaya di luar perkiraan adiabatik, masih ada ruang untuk perkembangan lebih lanjut." Bersama timnya, dia berencana untuk memasukkan domain simulasi Maxwell-Dirac tiga dimensi untuk memodelkan interaksi relativistik dan spin. Dia juga ingin lebih memahami peran pertukaran dan korelasi selama interaksi elektron-elektron.


Tujuan lain dari Talebi adalah untuk memanfaatkan wawasan dari pemodelan teoretisnya untuk mengusulkan metodologi baru untuk kontrol koheren dan pembentukan eksitasi sampel menggunakan berkas elektron. Dengan proyeknya "NanoBeam" dia bermaksud untuk mengembangkan teknik interferometri spektral baru dengan kemampuan untuk mengambil dan mengontrol fase spektral dalam mikroskop elektron pemindaian untuk mengatasi tantangan dalam memenuhi resolusi waktu spasial dan attosecond baik nanometer. Proyek ini didanai oleh hibah ERC dari European Research Council dengan dana sekitar 1,5 juta euro.

Studi ini didanai oleh Uni Eropa sebagai bagian dari proyek "NanoBeam" sebagai "ERC Starting Grant" dari European Research Council (ERC).

Referensi:

Bahan disediakan oleh Universitas Kiel. Catatan: Konten dapat diedit gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.