Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van natuurkundigen van de Universiteit van Keulen heeft een nieuwe variant van het fundamentele dubbelspletenexperiment geïmplementeerd met behulp van resonante inelastische röntgenverstrooiing bij de European Synchrotron ESRF in Grenoble. Deze nieuwe variant biedt een dieper inzicht in de elektronische structuur van vaste stoffen. Inschrijven wetenschappelijke vooruitgang , de onderzoeksgroep heeft nu hun resultaten gepresenteerd in een studie met de titel "Resonant inelastische X-ray incarnation of Young's double-slit experiment."

Het dubbelspletenexperiment is van fundamenteel belang in de natuurkunde. Meer dan 200 jaar geleden, Thomas Young verstrooide licht in twee aangrenzende spleten, waardoor interferentiepatronen (beelden gebaseerd op superpositie) achter deze dubbele spleet ontstaan. Dus, hij demonstreerde het golfkarakter van licht. In de 20ste eeuw, wetenschappers hebben aangetoond dat elektronen of moleculen verspreid over een dubbele spleet hetzelfde interferentiepatroon vertonen, wat in tegenspraak is met de klassieke verwachting van deeltjesgedrag, maar kan worden verklaard in kwantummechanische golf-deeltjes dualisme. In tegenstelling tot, de onderzoekers in Keulen onderzochten een iridiumoxidekristal (Ba ₃ CeIr ₂ O ₉ ) door middel van resonante inelastische röntgenverstrooiing (RIXS).

Het kristal wordt bestraald met sterk gecollimeerde, hoogenergetische röntgenfotonen. De röntgenstralen worden verstrooid door de iridiumatomen in het kristal, die de rol van de spleten in Youngs klassieke experiment overnemen. Door de snelle technische ontwikkeling van RIXS en een vakkundige keuze van de kristalstructuur, de natuurkundigen zagen de verstrooiing op twee aangrenzende iridium-atomen, een zogenaamd dimeer.

"Het interferentiepatroon vertelt ons veel over het verstrooiende object, de dimere dubbele spleet, " zegt professor Markus Grueninger, die aan het hoofd staat van de onderzoeksgroep aan de Universiteit van Keulen. In tegenstelling tot het klassieke dubbelspletenexperiment, de inelastisch verstrooide röntgenfotonen geven informatie over de aangeslagen toestanden van het dimeer, vooral hun symmetrie, en dus over de dynamische fysische eigenschappen van de vaste stof.

Deze RIXS-experimenten vereisen een moderne synchrotron als een extreem briljante röntgenlichtbron en een geavanceerde experimentele opstelling. Om specifiek alleen de iridiumatomen te prikkelen, wetenschappers moeten het zeer kleine aandeel fotonen met de juiste energie selecteren uit het brede spectrum van de synchrotron, en de verstrooide fotonen worden nog strikter geselecteerd op basis van energie en verstrooiingsrichting. Er zijn nog maar een paar fotonen over. Met de vereiste nauwkeurigheid, deze RIXS-experimenten zijn momenteel alleen mogelijk bij twee synchrotrons wereldwijd, waaronder de ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) in Grenoble, waar het team uit Keulen hun experiment uitvoerde.

"Met ons RIXS-experiment, we waren in staat om een ​​fundamentele theoretische voorspelling uit 1994 te bewijzen. Dit opent een nieuwe deur voor een hele reeks verdere experimenten die ons in staat zullen stellen een dieper inzicht te krijgen in de eigenschappen en functionaliteiten van vaste stoffen, ’ zegt Grüninger.