(PhysOrg.com) -- Een team wetenschappers van het Pacific Northwest National Laboratory heeft een nieuwe manier ontdekt om zuurstofatomen te versnellen en te verwijderen uit dunne laagjes calciumoxide. University College van Londen, en Tohoku-universiteit. Door de juiste lasergolflengte te kiezen, ze vonden een manier om zuurstof te verwijderen met vele malen de snelheid van het geluid. De atomen ontsnappen van het oppervlak van nanogestructureerde films van calciumoxide.

Dit onderzoek heeft implicaties voor onderzoek en ontwikkeling in de fotochemie, katalyse, en micro-elektronica. Het werd gekozen als de cover van The Journal of Physical Chemistry C voor 27 januari 2011.

Focussen op nieuwe en oude vragen, fundamenteel onderzoek helpt ons de zuivere principes van de wetenschap te begrijpen en levert de bouwstenen voor het oplossen van grote wetenschappelijke problemen. In dit nieuwe onderzoek een team van materiaal- en theoretische natuurkundigen werkte samen om vragen te beantwoorden over het verkrijgen van meer controle over dunne-filmstructuren. Dunne films zijn belangrijk voor onderzoek in de fotochemie, katalyse, en micro-elektronica, en hebben toepassingen in industrieën zoals farmaceutica en energietechnologieën.

Dit project betreft desorptie van neutrale zuurstofatomen uit een dunne film van calciumoxide (CaO). Desorptie is het proces waarbij atomen of andere deeltjes van een oppervlak worden verwijderd. Door een ultraviolet-laser op het materiaal met een hoog oppervlak te laten schijnen, neutrale zuurstofatomen worden met meerdere malen de geluidssnelheid gedesorbeerd.

Onderzoekers gebruikten een techniek ontwikkeld bij PNNL genaamd reactieve ballistische depositie om een ​​nanogestructureerde film van CaO te laten groeien. Met behulp van laserpulsen om de film te prikkelen, onderzoekers pasten time-of-flight-technieken toe om de kinetische energie en opbrengst van gedesorbeerde zuurstofatomen te meten. Door de lasergolflengte te selecteren, ze waren in staat om zeer energetische atomen van het filmoppervlak te produceren. De elektronische bekrachtiging, bekend als exciton, wordt aanvankelijk gevormd in de bulk van het materiaal. Excitonen zijn mobiel en kunnen elektronische energie overbrengen naar het oppervlak van de film. Eenmaal aan de oppervlakte, een deel van de exciton-energie wordt met hoge snelheid naar de desorptie van neutrale zuurstofatomen geleid.

Dit onderzoek laat zien dat het mogelijk is om bepaalde moleculaire structuren op een materiaaloppervlak te manipuleren door de lasergolflengte af te stemmen. Deze ontdekking zou nuttig kunnen zijn voor het manipuleren van oppervlaktestructuren op atomair niveau. Door dunne films op zeer fijne schaal aan te passen, kunnen wetenschappers betere controle krijgen over dunnefilmstructuren.

Onderzoekers blijven werken aan de ontwikkeling en verkenning van andere mechanismen voor thermische desorptieprocessen uit oxidematerialen.