I den första studien i sitt slag, publicerad av Naturkommunikation , ett internationellt team av forskare under ledning av University of Surrey har bevisat förekomsten av den sagnomspunna multi-foton Fano-effekten i ett experiment.

Jonisering är när elektroner absorberar fotoner för att få tillräckligt med energi för att undkomma kärnans elektriska kraft. Einstein förklarade i sin nobelprisvinnande teori om den fotoelektriska effekten att det finns en tröskel för fotononenergin som krävs för att orsaka en flykt. Om en enda foton energi inte räcker, det kan finnas ett bekvämt halvvägssteg:jonisering kan ske med två fotoner som börjar från det lägsta energitillståndet.

Dock, enligt kvantteorins kontraintuitiva värld, förekomsten av detta halvvägssteg är inte nödvändigt för att en elektron ska bryta sig loss. Allt elektronen behöver göra är att få tillräckligt med kraft från flera fotoner som kan uppnås genom "spöklika" så kallade virtuella tillstånd. Denna multi-fotonabsorption sker bara under extremt intensiva förhållanden där det finns tillräckligt med fotoner tillgängliga.

När det är ett halvvägssteg och tillräckligt med fotoner runt, båda alternativen är tillgängliga för jonisering. Dock, atomernas vågliknande natur utgör ett annat hinder:störningar. Ändring av fotonenergi kan orsaka att de två olika vågorna kraschar in i varandra, leder antingen till förbättring eller till fullständig förintelse av deras effekt på absorptionshändelsen.

Denna Fano -effekt förutspåddes teoretiskt för nästan 50 år sedan och har förblivit svårfånglig i decennier på grund av den höga intensitet som behövs; Att tillverka en stabil laser som producerade ett tillräckligt stort elektriskt fält som krävs för att genomföra denna effekt för isolerade atomer var inte - och är fortfarande inte - tekniskt möjligt.

Teamet som leds av University of Surrey övervann denna komplikation genom att använda föroreningsatomer där, på grund av påverkan av halvledarvärdmaterialet, det elektriska fältet som bestämmer de yttre elektronbanorna reduceras avsevärt och, följaktligen, mycket mindre laserintensitet krävs för att demonstrera Fano -effekten. Teamet använde vanliga datorchips som innehåller fosforatomer inbäddade i en kiselkristall.

Teamet använde sedan kraftfulla laserstrålar vid frielektronlaseranläggningen (FELIX) i Radboud University, Holland, för att jonisera fosforatomer. Resultatet av joniseringen uppskattades genom absorptionen av en svag ljusstråle. Genom att svepa laserstrålningsfotonens energi, författarna observerade Fano -linjeformens olika snedhet.

Dr Konstantin Litvinenko, medförfattare och forskare vid University of Surrey, sade:"Vi tror att vi har tagit ett mycket viktigt steg mot genomförandet av nya och lovande tillämpningar av ultrasnabb avläsning av kiselbaserade kvantdatorer, selektiv isotopspecifik jonisering; och en mängd nya atom- och molekylfysiska spektroskopier."