I ett elektronmikroskop, elektroner avges av spetsiga metallspetsar, så att de kan styras och styras med hög precision. Nyligen, sådana metallspetsar har också använts som högkvalitativa elektronkällor för att generera röntgenstrålar. Ett team av forskare vid TU Wien (Wien), tillsammans med kollegor från FAU Erlangen-Nürnberg (Tyskland), har utvecklat en metod för att kontrollera elektronutsläpp med högre precision än någonsin tidigare. Med hjälp av två laserpulser, det är nu möjligt att slå på och av elektronflödet på extremt korta tidsskalor.

Det är bara nålens spets

"Grundidén liknar en blixt, "säger Christoph Lemell (TU Wien)." Det elektriska fältet runt en nål är alltid starkast precis vid spetsen. Det är därför blixten alltid träffar spetsen på en stav, och av samma anledning, elektroner lämnar en nål precis vid spetsen. "

Extremt spetsiga nålar kan tillverkas med metoder för modern nanoteknik. Deras tips är bara några nanometer breda, så punkten vid vilken elektronerna avges är känd med mycket hög noggrannhet. Utöver det, Det är också viktigt att kontrollera vid vilken tidpunkt elektronerna sänds ut.

Denna typ av tidsstyrning har nu blivit möjlig med ett nytt tillvägagångssätt:"Två olika laserpulser avfyras mot metallspetsen, "förklarar Florian Libisch (TU Wien). Färgerna på dessa två lasrar väljs så att fotonerna i en laser har exakt dubbelt så mycket energi som den andra laserens fotoner. Dessutom har Det är viktigt att se till att båda ljusvågorna oscillerar i perfekt synkronicitet.

Med hjälp av datasimuleringar, teamet från TU Wien kunde förutsäga att en liten tidsfördröjning mellan de två laserpulserna kan fungera som en "switch" för elektronemission. Denna förutsägelse har nu bekräftats av experiment utförda av professor Peter Hommelhoffs forskargrupp vid FAU Erlangen-Nürnberg. Baserat på dessa experiment, det är nu möjligt att förstå processen i detalj.

Absorberande fotoner

När en laserpuls avfyras mot metallspetsen, dess elektriska fält kan riva ur elektroner ur metallen-det är ett välkänt fenomen. Den nya tanken är att en kombination av två olika lasrar kan användas för att styra elektronernas emission på en femtosekunders tidsskala.

Det finns olika sätt en elektron kan få tillräckligt med energi för att lämna metallspetsen:Den kan absorbera två fotoner från högenergilasern eller fyra fotoner från lågenergilasern. Båda mekanismerna leder till samma resultat. "Ungefär som en partikel i ett dubbelspalt experiment, som färdas på två olika vägar samtidigt, elektronen kan delta i två olika processer samtidigt, "säger professor Joachim Burgdörfer (TU Wien)." Naturen behöver inte välja en av de två möjligheterna - båda är lika verkliga och stör varandra. "

Genom att noggrant ställa in de två lasrarna, det är möjligt att kontrollera om de två kvantfysiska processerna förstärker varandra, vilket leder till ett ökat utsläpp av elektroner, eller om de avbryter varandra, vilket betyder att knappt några elektroner släpps ut alls. Detta är ett enkelt och effektivt sätt att kontrollera elektronemission.

Det är inte bara en ny metod för att utföra experiment med elektroner med hög energi, den nya tekniken bör öppna dörren till kontrollerad röntgengenerering. "Innovativa röntgenkällor byggs redan med hjälp av matriser med smala metallspetsar som elektronkällor, "säger Lemell." Med vår nya metod, Dessa nanotips kan utlösas på exakt rätt sätt så att koherent röntgenstrålning produceras. "