Новое открытие поможет лучше понять фотоэлектрический эффект

Ученые из Лундского и Стокгольмского университетов обнаружили, что свободные электроны могут двигаться асимметрично. Это помогает понять один из основных физических процессов – фотоэлектрический эффект.

Явление впервые описал Альберт Эйнштейн. Оно объясняет, как высокочастотный свет высвобождает электроны из материала, сообщает phys.org. Выводы исследования опубликованы в Physical Review Letters.

«Фотоэлектрический эффект изучают много лет. Мы рады возможности глубже понять принципы его работы», — сказал Маркус Дальстрём из Лундского университета.

Специалисты рассмотрели, как электрон, высвободившийся из атома за счет процесса, может менять волновое движение, используя лазерное поле. Свободная частица способна поглощать и излучать импульс. Лазерный свет меняет вращение электрона, делая его асимметричным.

Открыв феномен, исследователи использовали сверхкороткие импульсы с временной точностью в аттосекундном масштабе. Обнаружение асимметричности в сочетании с высоким временным разрешением позволило нарушить врожденное поведение электронов. Помимо движения вверх-вниз, ученые заставили частицы перемещаться в лазерном поле горизонтально.

«Теперь, поняв наличие асимметричности у свободных электронов, мы можем глубже изучить квантовую динамику фотоионизации», — сказал Дэвид Бусто.

В классической физике частицы движутся от одной точки к другой путем, обусловленным законами Ньютона. Квантовая механика, наоборот, говорит, что они могут одновременно направляться в несколько мест. Исследователи воспользовались преимуществами последнего заявления.

«Для изменения направление электронной волны мы использовали квантовую механическую интерференцию. То есть, частица выбирает несколько направлений к новой траектории. В классической физике она может перемещаться только по одному пути».

Явление асимметричного движения был доказан теоретически и экспериментально. Результаты основаны на способности электронов увеличивать вращательное движение при поглощении света. Физик Уго Фано продемонстрировал феномен 30 лет назад. Ученые планируют контролировать электроны в атомах и молекулах с большей точностью. В долгосрочной перспективе подход поможет лучше управлять реакциями.