Wetenschap
Krachtig nieuw hulpmiddel luidt een nieuw tijdperk van onderzoek naar kwantummaterialen in
Onderzoek naar kwantummaterialen maakt de weg vrij voor baanbrekende ontdekkingen en staat klaar om technologische vooruitgang te stimuleren die het landschap van industrieën als mijnbouw, energie, transport en medische technologie opnieuw zal definiëren.
Een techniek genaamd tijd- en hoekopgeloste foto-emissiespectroscopie (TR-ARPES) is naar voren gekomen als een krachtig hulpmiddel waarmee onderzoekers het evenwicht en de dynamische eigenschappen van kwantummaterialen kunnen onderzoeken via licht-materie-interactie.
Gepubliceerd in Review of Modern Physics , illustreert een recent overzichtsartikel van professor Fabio Boschini van het Institut national de la recherche scientifique (INRS), samen met collega's Marta Zonno van Canadian Light Source (CLS) en Andrea Damascelli van UBC's Steward Blusson Quantum Matter Institute (QMI), dat TR -ARPES is de afgelopen twintig jaar snel uitgegroeid tot een krachtige techniek.
"TR-ARPES is niet alleen een effectieve techniek voor fundamenteel onderzoek, maar ook voor het karakteriseren van eigenschappen van kwantummaterialen die niet in evenwicht zijn voor toekomstige toepassingen", zegt professor Boschini, gespecialiseerd in ultrasnelle spectroscopieën van gecondenseerde materie, aan het Énergie Matériaux Télécommunications Research Midden.
Een revolutionair hulpmiddel voor onderzoek naar kwantummaterialen
Het nieuwe artikel biedt een uitgebreid overzicht van onderzoek met behulp van TR-ARPES en de zich ontwikkelende betekenis ervan bij het onderzoeken van door licht geïnduceerde elektronendynamica en faseovergangen in een breed scala aan kwantummaterialen.
“De wetenschappelijke gemeenschap onderzoekt momenteel nieuwe ‘afstemknoppen’ om de elektronische, transport- en magnetische eigenschappen van kwantummaterialen op aanvraag te controleren. Een van deze ‘afstemknoppen’ is de licht-materie-interactie, die belooft een fijne controle te bieden over de eigenschappen van kwantummaterialen op ultrasnelle tijdschalen”, zegt professor Boschini, die ook een bij QMI aangesloten onderzoeker is.
"TR-ARPES is de ideale techniek voor dit doel, omdat het direct inzicht geeft in hoe lichtexcitatie elektronische toestanden wijzigt met tijd-, energie- en momentumresolutie."
"TR-ARPES heeft een nieuw tijdperk van onderzoek naar kwantummaterialen ingeluid, waardoor we 'op het systeem kunnen kloppen' en kunnen observeren hoe het reageert, en de materialen uit evenwicht kunnen brengen om hun verborgen eigenschappen bloot te leggen", voegt Blusson QMI Wetenschappelijk Directeur Andrea toe. Damascelli.
Samenwerking vormt de kern van het succes van TR ARPES
TR-ARPES combineert gecondenseerde materiespectroscopie (ARPES) met ultrasnelle lasers (fotonica) en brengt onderzoeksgroepen uit beide vakgebieden samen. De techniek dankt een groot deel van zijn succes aan aanzienlijke vooruitgang bij de ontwikkeling van nieuwe laserbronnen die licht met nauwkeurige kenmerken kunnen produceren.
Boschini werkt op dit gebied nauw samen met professor François Légaré, hoogleraar bij INRS en expert in ultrasnelle laserwetenschap en -technologie. Samen hebben de groepen van Boschini en Légaré een ultramodern TR-ARPES-eindstation gebouwd en exploiteren dit met unieke intense excitatiemogelijkheden over lange golflengten in het Advanced Laser Light Source (ALLS)-laboratorium.
"Dankzij de steun van de Canada Foundation for Innovation (CFI), de regeringen van Québec (MEIE) en Canada, en LaserNetUS, evenals het recente CFI Major Science Initiatives-programma, bevinden we ons nu in de bevoorrechte positie om de TR te openen -ARPES-eindstation bij ALLS voor nationale en internationale gebruikers", zegt professor Légaré, directeur van het Énergie Matériaux Télécommunications Research Center bij INRS en wetenschappelijk hoofd van ALLS.
Volgens professor Boschini is TR-ARPES inmiddels een volwassen techniek met een bewezen impact op verschillende takken van de natuur- en scheikunde. "Verdere experimentele en theoretische ontwikkelingen, vergelijkbaar met wat we bij ALLS doen, suggereren dat er nog spannendere tijden in het verschiet liggen", besluit hij.