In de eerste studie in zijn soort, gepubliceerd door Natuurcommunicatie , een internationaal team van onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Surrey heeft het bestaan ​​van het legendarische multi-foton Fano-effect in een experiment bewezen.

Ionisatie is wanneer elektronen fotonen absorberen om genoeg energie te krijgen om aan de elektrische kracht van de kern te ontsnappen. Einstein legde in zijn Nobelprijswinnende theorie van het foto-elektrisch effect uit dat er een drempel is voor de fotonenergie die nodig is om een ​​ontsnapping te veroorzaken. Als de energie van een enkel foton niet genoeg is, er kan een handige tussenstap zijn:ionisatie kan plaatsvinden met twee fotonen vanaf de laagste energietoestand.

Echter, volgens de contra-intuïtieve wereld van de kwantumtheorie, het bestaan ​​van deze tussenstap is niet nodig om een ​​elektron los te laten. Het enige dat het elektron hoeft te doen, is voldoende stroom halen uit meerdere fotonen, wat kan worden bereikt door middel van "spookachtige" zogenaamde virtuele toestanden. Deze absorptie van meerdere fotonen gebeurt alleen in extreem intense omstandigheden waar voldoende fotonen beschikbaar zijn.

Als er een halve stap is en genoeg fotonen in de buurt, beide opties zijn beschikbaar voor ionisatie. Echter, de golfachtige aard van atomen vormt een ander obstakel:interferentie. Het veranderen van fotonenergie kan ervoor zorgen dat de twee verschillende golven tegen elkaar botsen, leidend tot versterking of volledige vernietiging van hun effect op de absorptiegebeurtenis.

Dit Fano-effect werd bijna 50 jaar geleden theoretisch voorspeld en is decennialang ongrijpbaar gebleven vanwege de hoge intensiteit die nodig is; het produceren van een stabiele laser die een voldoende groot elektrisch veld produceerde dat nodig was om dit effect op geïsoleerde atomen te implementeren, was technisch niet mogelijk en is nog steeds niet mogelijk.

Het team onder leiding van de Universiteit van Surrey overwon deze complicatie door onzuiverheidsatomen te gebruiken waar, door de invloed van het halfgeleidermateriaal, het elektrische veld dat de buitenste elektronenbanen bepaalt, wordt aanzienlijk verminderd en, bijgevolg, er is veel minder laserintensiteit nodig om het Fano-effect aan te tonen. Het team gebruikte gewone computerchips die fosforatomen bevatten ingebed in een siliciumkristal.

Het team gebruikte vervolgens krachtige laserstralen in de free-electron laser facility (FELIX) van de Radboud Universiteit, Holland, fosforatomen te ioniseren. Het resultaat van ionisatie werd geschat door de absorptie van een zwakke lichtstraal. Door de energie van het laserstralingsfoton te vegen, de auteurs observeerden de verschillende scheefheid van de Fano-lijnvorm.

Dr. Konstantin Litvinenko, co-auteur en onderzoeker aan de Universiteit van Surrey, zei:"We zijn van mening dat we een zeer belangrijke stap hebben gezet in de richting van de implementatie van nieuwe en veelbelovende toepassingen van ultrasnelle uitlezing van op silicium gebaseerde kwantumcomputers; selectieve isotoopspecifieke ionisatie; en een verscheidenheid aan nieuwe atoom- en moleculaire fysica-spectroscopieën."