Resultaten av ett ryskt-japanskt experiment förklarar mekanismen för elektronfotoemission av metalliska nanostrukturer under ultrasnabb laserexcitation. Metalliska nanopartikelensembler kan sända ut korta klasar av elektroner när de bestrålas av kraftfulla laserpulser på femtosekund (1 fs =10 -15 s) varaktighet. Forskare vid Lobachevsky-universitetet har länge studerat plasmoneffekten - exciteringen med ljus av kollektiva elektronsvängningar i nanopartiklar och förstärkningen av ljusfältet som är associerat med dessa svängningar i närheten av nanopartikeln, som spelar huvudrollen i denna process. Det är plasmonförstärkningen av fältet som ger effektiv fotoemission av elektroner från en metall.
Utsikterna för praktisk tillämpning av plasmonnanostrukturer är förknippade med deras användning som ultrasnabba fotokatoder för att skapa pulsade källor för koherent röntgenstrålning med hög ljusstyrka och för att producera mikroskop med hög tidsupplösning.
Fotoemissionen av elektroner från metalliska nanopartiklar åtföljs av emission av terahertzstrålning (dess intervall i skalan för elektromagnetiska vågor är mellan ljus och mikrovågor), vilket gör det möjligt att använda denna strålning som ett verktyg för att studera fotoemission.
"Intensiteten av terahertzstrålning beror icke-linjärt på intensiteten av laserpulsen och visar en hög olinjäritetsordning (från 3 till 6 i olika experiment). Även om mekanismen för generering av terahertzstrålning av fotoelektroner inte är helt klarlagd, man tror att den höga ordningen för olinjäritet förklaras av elektronemissionens multifotonnatur, det är, av behovet av att överföra energi från flera laserfotoner till elektronen för att utföra arbetet med att frigöra elektronen från metallen, " förklarar Michael Bakunov, Chef för den allmänna fysikavdelningen vid Lobachevsky-universitetet.
För att testa hypotesen om en multi-foton fotoemissionsmekanism, forskare från Lobachevsky University tillsammans med sina japanska kollegor från Shinshu University, Osaka University och Tokyo Institute of Technology genomförde ett experiment där samma metalliska nanostruktur, en rad guldnanorods ("golden nanoforest") bestrålades med kraftfulla ultrakorta ljuspulser av olika våglängder - från 600 nm till 1500 nm.
Resultatet var överraskande. Trots det faktum att kvanternas energi skiljde sig mer än dubbelt, ordningen på olinjäriteten var ungefär densamma (4,5-4,8) för våglängder från 720 till 1500 nm och ännu större (6,6) för en våglängd på 600 nm (med den högsta kvantenergin).
"Dessa resultat motbevisar hypotesen om multi-fotonemission av elektroner. Samtidigt, de experimentella beroenden stämmer väl överens med tunnelemissionsmekanismen, varvid elektroner tvingas fly från metallen av ett plasmonförstärkt ljusfält, avslutar Michael Bakunov.
Resultaten av ryska och japanska forskares forskning publicerades i en av de ledande vetenskapliga tidskrifterna, Vetenskapliga rapporter
