De resultaten van een Russisch-Japans experiment verklaren het mechanisme van elektronenfoto-emissie door metalen nanostructuren onder ultrasnelle laserexcitatie. Ensembles van metalen nanodeeltjes zijn in staat korte bundels elektronen uit te zenden wanneer ze worden bestraald door krachtige laserpulsen van femtoseconde (1 fs =10 ^-15 s) duur. Wetenschappers van de Lobachevsky University hebben lang het plasmoneffect bestudeerd - de excitatie door licht van collectieve elektronenoscillaties in nanodeeltjes en de versterking van het lichtveld geassocieerd met deze oscillaties in de buurt van het nanodeeltje, die de hoofdrol speelt in dit proces. Het is de plasmonversterking van het veld die zorgt voor effectieve foto-emissie van elektronen uit een metaal.

De vooruitzichten voor praktische toepassing van plasmon-nanostructuren houden verband met hun gebruik als ultrasnelle fotokathoden om gepulseerde bronnen van coherente röntgenstraling met hoge helderheid te creëren en om microscopen te produceren met een hoge temporele resolutie.

De foto-emissie van elektronen uit metalen nanodeeltjes gaat gepaard met de emissie van terahertz-straling (het bereik op de schaal van elektromagnetische golven ligt tussen licht en microgolven), waardoor het mogelijk is om deze straling te gebruiken als hulpmiddel voor het bestuderen van foto-emissie.

"De intensiteit van terahertz-straling hangt niet-lineair af van de intensiteit van de laserpuls en vertoont een hoge niet-lineariteitsvolgorde (van 3 tot 6 in verschillende experimenten). Hoewel het mechanisme van terahertz-stralingsgeneratie door foto-elektronen niet volledig wordt begrepen, er wordt aangenomen dat de hoge orde van niet-lineariteit wordt verklaard door de multi-foton-aard van elektronenemissie, dat is, door de noodzaak om energie over te dragen van verschillende laserfotonen naar het elektron voor het uitvoeren van het werk om het elektron van het metaal vrij te maken, " legt Michael Bakunov uit, Hoofd van de afdeling Algemene Natuurkunde aan de Lobachevsky Universiteit.

Om de hypothese van een multi-foton foto-emissiemechanisme te testen, wetenschappers van Lobachevsky University samen met hun Japanse collega's van Shinshu University, De Universiteit van Osaka en het Tokyo Institute of Technology voerden een experiment uit waarin dezelfde metalen nanostructuur, een reeks gouden nanostaafjes ("golden nanoforest") werd bestraald met krachtige ultrakorte lichtpulsen van verschillende golflengten - van 600 nm tot 1500 nm.

Het resultaat was verrassend. Ondanks het feit dat de energie van quanta meer dan tweevoudig verschilde, de volgorde van niet-lineariteit was ongeveer hetzelfde (4,5-4,8) voor golflengten van 720 tot 1500 nm en zelfs groter (6,6) voor een golflengte van 600 nm (met de hoogste kwantumenergie).

"Deze resultaten weerleggen de hypothese van multi-fotonen emissie van elektronen. Tegelijkertijd, de experimentele afhankelijkheden komen goed overeen met het tunnelemissiemechanisme, waarbij elektronen worden gemaakt om uit het metaal te ontsnappen door een plasmon-versterkt lichtveld, " besluit Michael Bakunov.

De resultaten van het onderzoek van Russische en Japanse wetenschappers zijn gepubliceerd in een van de toonaangevende wetenschappelijke tijdschriften, Wetenschappelijke rapporten