2019年12月11日
アルトン・パーリッシュ
研究者は初めて、電子が固体内の特定の原子振動とどのように相互作用するかをフレームごとに記録することができました。 この手法は、一般に材料の電気抵抗を引き起こすプロセスをキャプチャしますが、他の場合は、まったく反対の抵抗、つまり超伝導性を引き起こす可能性があります。
「電子が相互作用し、その微視的環境がすべての固体の特性を決定する方法」と、ブリティッシュ・コロンビア大学（UBC）の博士課程学生であり、研究の共同主執筆者であるMengXing Naは先週サイエンス(Science)で発表した。 「物質の特性を定義する支配的な微視的相互作用を特定すると、相互作用を「ターンアップ」または「ダウン」して、有用な電子特性を引き出す方法を見つけることができます。」極端な紫外光の超高速パルスが白色のガスジェットで作成されます。 プラズマ、および蛍光体スクリーン上の青い点と、酸素蛍光からの黄色のビームとして見える。
クレジット：Research2Reality
これらの相互作用を制御することは、MRIマシン、高速磁気浮上列車で使用される超伝導体を含む量子材料の技術的活用にとって重要であり、いつかエネルギーの輸送方法に革命をもたらす可能性があります。
小さなスケールでは、すべての固体の原子が絶えず振動します。 電子と原子の間の衝突は、フォノンと呼ばれる電子と振動の間の「散乱」イベントと見なすことができます。 散乱により、電子の方向とエネルギーの両方が変化する可能性があります。 このような電子-フォノン相互作用は、物質のユニークな特性を示す物質の多くのエキゾチックな段階の中心にあります。
ゴードン・アンド・ベティ・モーア財団(Gordon and Betty Moore Foundation)の支援を受けて、UBCのStewart Blusson Quantum Matter Institute（SBQMI）のチームは、超高速タイムスケールで電子散乱プロセスを視覚化するための時間分解光電子分光法と呼ばれる技術を可能にする新しい極端紫外レーザー光源を開発しました。
「超短レーザー・パルスを使用して、通常の平衡環境から離れて個々の電子を励起しました」とNa氏は言いました。 「効果的なカメラ・シャッターとして2番目のレーザーパルスを使用して、電子が周囲の原子とどのように散乱するかを1兆分の1秒よりも速くタイムスケールでキャプチャしました。 セットアップの感度が非常に高いため、励起された電子が特定の原子振動またはフォノンとどのように相互作用したかを初めて測定できました。
研究者は、グラファイト、カーボンの結晶形、カーボンナノチューブの親化合物、バッキーボール、グラフェンについて実験を行いました。 炭素ベースの電子機器は成長産業であり、電気抵抗に寄与する散乱プロセスにより、ナノ電子機器への応用が制限される場合があります。
このアプローチは、デビッド・ジョーンズとアンドレア・ダマスチェリによって考案され、共同主執筆者アーサー・ミルズによって開発された、超高速量子物質のためのUBCムーア・センターでユニークなレーザー施設を活用しています。 この研究は、スタンフォード大学のトーマス・デボラとノースカロライナ州立大学のアレクサンダー・ケンパーのグループとの理論的共同研究によっても支持されました。
「パルスレーザー光源の最近の進歩のおかげで、量子材料の動的特性を視覚化し始めたばかりです」と、UBCのSBQMIで物理学および天文学科の教授であるジョーンズは言いました。
「これらの先駆的な技術を適用することにより、高温超伝導や量子物質のその他の多くの魅力的な現象のとらえどころのない謎を明らかにする準備ができています」とSBQMIの科学ディレクター、ダマスチェリは述べました。
この仕事は、カナダ・イノベーション財団、B.C。の自然科学および工学研究評議会、Gordon and Betty Moore FoundationのEPiQSイニシアチブ（A.D.およびD.J.JにGBMF4779を付与）、知識開発基金、およびカナダ・ファースト・リサーチ・エクセレンス基金によってサポートされました
連絡先とソース：
クリス・バルマ
ブリティッシュコロンビア大学
引用：時間領域でのモード投影電子-フォノン結合の直接決定
M. X. Na、Science 2019年12月6日：巻 366、Issue 6470、pp。1231-1236
DOI：10.1126 / science.aaw1662 http://dx.doi.org/10.1126/science.aaw1662
