De wetenschappelijke gemeenschap is al meer dan honderd jaar op de hoogte van het bestaan ​​van elektronen, maar er zijn belangrijke facetten van hun interactie met materie die in nevelen gehuld blijven. Een specifiek aandachtsgebied zijn elektronen met lage energie of elektronen met kinetische energieniveaus van ongeveer 10 elektronvolt (eV) of minder. Deze elektronen beïnvloeden de werking van isolatoren in elektronische systemen en zijn verantwoordelijk voor stralingsschade in menselijk en ander biologisch weefsel.

De klassieke methode om te bestuderen hoe elektronen met materie omgaan, is door hun verstrooiing door dunne lagen van een bekende stof te analyseren. Dit gebeurt door een stroom elektronen op de laag te richten en de daaropvolgende afwijkingen in de banen van de elektronen te analyseren.

"Hoogenergetische elektronen hebben voornamelijk interactie met de individuele atomen in een stof en hun verstrooiing kan worden voorspeld door bestaande gegeneraliseerde modellen, " zei Ruth Signorell, een professor in de fysische chemie aan de ETH Zürich, het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie. "In tegenstelling tot, laagenergetische elektronen interageren met het hele moleculaire netwerk, die de chemische bindingen en vibratiebeweging van de atomen in de substantie omvat, en hun verstrooiing is momenteel te complex om met een model te voorspellen. Met dit in gedachten, we hebben een alternatieve benadering ontwikkeld om de beweging van laagenergetische elektronen te meten."

Signorell en haar collega's leggen deze week hun werk uit in The Journal of Chemical Physics .

"Een van onze belangrijkste ideeën was de ontwikkeling van een techniek die we de 'aerosol-overlayer-methode' noemen. Het omvat het genereren van aerosoldruppels die bestaan ​​uit een vaste kern en een omhulsel gemaakt van organische materialen die sommige van de polymeren nabootsen die men zou vinden in elektronica. Werken met deze druppels in een vacuüm, we kunnen laserlicht gebruiken om de kern te induceren om elektronen vrij te geven die door de schaal reizen. Wanneer ze de oppervlakte bereiken en ontsnappen, we kunnen verschillende statistieken meten, zoals hun intensiteit, ' zei Signorell.

"De aerosol-overlaagmethode biedt twee grote voordelen, ' zei Signorell. 'Eerst, het maakt het gemakkelijker om de problemen van het transport van elektronen door de schil te scheiden van hun vorming in de kern. Tweede, druppeltjes met een grootte vergelijkbaar met de golflengte van de laser fungeren als resonatoren voor het laserlicht. Dit kan worden benut om een ​​schat aan aanvullende informatie te genereren over de interactie van elektronen met materie."

"De grote uitdaging van deze methode is het nauwkeurig bepalen van de grootte van de kern en schil van de aerosoldeeltjes. Hoewel het nog steeds moeilijk is om deze hoeveelheden te meten, de nauwkeurigheid van de metingen beïnvloedt de nauwkeurigheid van de verstrooiingsinformatie die wordt gegenereerd, ' zei Signorell.

Vooruit gaan, Signorell en haar collega's zijn geïnteresseerd in het verbreden van de reikwijdte van hun werk met de aerosol-overlaagmethode.

"We willen de aerosol-overlaagmethode toepassen op verschillende materialen van verschillende diktes. We zijn vooral geïnteresseerd in zeer dunne schillen en hoe hun structurele veranderingen de ontsnapping van elektronen uit het oppervlak van de druppel beïnvloeden. Dit is potentieel zeer relevant voor onderzoekers die wetenschappelijke vragen onderzoeken die verband houden met aan de oppervlakken en grensvlakken van verschillende stoffen, ' zei Signorell. 'Met al dit werk, we hopen het brede scala aan experimentele gegevens die kunnen worden gegenereerd volledig te analyseren, zodat we meer kunnen leren over de beweging van laagenergetische elektronen."