(PhysOrg.com) - Ett nytt sätt att accelerera och ta bort syreatomer från tunna filmer av kalciumoxid har upptäckts av ett team av forskare från Pacific Northwest National Laboratory, University College of London, och Tohoku University. Genom att välja rätt laservåglängd, de hittade ett sätt att ta bort syre med många gånger ljudets hastighet. Atomerna flyr från ytan av nanostrukturerade filmer av kalciumoxid.

Denna forskning har implikationer för forskning och utveckling inom fotokemi, katalys, och mikroelektronik. Den valdes som omslag till Journal of Physical Chemistry C för den 27 januari, 2011.

Med fokus på nya och gamla frågor, Grundforskning hjälper oss att förstå vetenskapens rena principer och utgör byggstenarna för att lösa stora vetenskapliga problem. I denna nya forskning, ett team av material och teoretiska fysiker samarbetade för att svara på frågor om att få större kontroll över tunna filmstrukturer. Tunna filmer är viktiga för forskning inom fotokemi, katalys, och mikroelektronik, och har tillämpningar inom industrier som läkemedel och energiteknik.

Detta projekt involverar desorption av neutrala syreatomer från en tunn film av kalciumoxid (CaO). Desorption är processen att ta bort atomer eller andra partiklar från en yta. Genom att lysa en ultraviolett laser på materialet med hög yta, neutrala syreatomer desorberas med flera gånger ljudets hastighet.

Forskare använde en teknik utvecklad vid PNNL som kallas reaktiv ballistisk avsättning för att odla en nanostrukturerad film av CaO. Använda laserpulser för att excitera filmen, forskare tillämpade tid-of-flight-tekniker för att mäta den kinetiska energin och utbytet av desorberade syreatomer. Genom att välja laservåglängd, de kunde producera mycket energiska atomer från filmytan. Den elektroniska exciteringen, känd som exciton, bildas initialt i materialets bulk. Excitoner är mobila och kan överföra elektronisk energi till filmens yta. Väl uppe på ytan, en del av excitonenergin kanaliseras till desorption av neutrala syreatomer med hög hastighet.

Denna forskning visar att det är möjligt att manipulera särskilda molekylära strukturer på en materialyta genom att justera laservåglängden. Denna upptäckt kan vara användbar för att manipulera ytstrukturer på atomnivå. Att modifiera tunna filmer i en mycket fin skala kan ge forskare bättre kontroll över tunna filmstrukturer.

Forskare fortsätter att arbeta med att utveckla och utforska andra mekanismer för termiska desorptionsprocesser från oxidmaterial.