Η παρατήρηση της κίνησης των ηλεκτρονίων σε ατομική κλίμακα αποτελούσε διαχρονική πρόκληση για την πειραματική φυσική. Ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Michael Krüger από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Technion συνδύασε την απεικόνιση μεμονωμένων ατόμων με τον ακριβή έλεγχο της κατεύθυνσης της ροής των ηλεκτρονίων σε ένα μικροσκόπιο σήραγγας σάρωσης, αξιοποιώντας προσεκτικά διαμορφωμένους παλμούς λέιζερ. Η σχετική μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Photonics.
Φως και τεχνική των παλμών λέιζερ
Η τεχνική βασίζεται στη χρήση παλμών υπέρυθρου λέιζερ δύο χρωμάτων που κατευθύνονται στο διάκενο μεταξύ της αιχμής του μικροσκοπίου και του δείγματος. Μεταβάλλοντας τη σχετική χρονική στιγμή των παλμών, οι ερευνητές μπόρεσαν να αλλάξουν το σχήμα του φωτεινού κύματος, κατευθύνοντας τα ηλεκτρόνια είτε προς το δείγμα είτε προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Αυτή η πρωτοποριακή προσέγγιση επέτρεψε την αποτελεσματική απομόνωση του υπερταχέος ρεύματος από θορύβους που προκαλούνται από τη θερμική επίδραση του λέιζερ. Οπως δήλωσε ο Krüger, «καταφέραμε να αποδείξουμε χωρίς καμία αμφιβολία ότι μπορούμε να ελέγξουμε την κατεύθυνση του ρεύματος».
Ανακατασκευή και μελλοντικές προοπτικές
Η σύγκριση των πειραματικών μετρήσεων με προηγμένα θεωρητικά μοντέλα οδήγησε στην ανακατασκευή εκρήξεων ρεύματος διάρκειας ογδόντα έξι attosecond, προσφέροντας πρωτοφανή ακρίβεια.
Τα μοντέλα απέδειξαν ότι το πεδίο του φωτός διευκολύνει σημαντικά τη διέλευση του ηλεκτρονίου μέσα από το κβαντικό φράγμα, επιταχύνοντάς το άμεσα προς την επιφάνεια του δείγματος.
Το σύστημα διατήρησε υψηλή πλευρική ανάλυση της τάξης των δύο νανομέτρων, λειτουργώντας απρόσκοπτα σε συνθήκες δωματίου και στον αέρα. Η επίτευξη αυτού του επιπέδου ελέγχου ανοίγει νέους δρόμους για τη μελέτη της δυναμικής των ηλεκτρονίων σε πραγματικό χρόνο και μπορεί να συμβάλει καθοριστικά στον μελλοντικό σχεδιασμό καινοτόμων ηλεκτρονικών διατάξεων εξαιρετικά υψηλών ταχυτήτων.
