időjárás 1°C Dorottya , Dóra 2023. február 6.
logo
A többletenergiát a másodperc billiomod része alatt elveszti

Aranyban forr az elektron

Ötvös Zoltán
2022.12.01. 10:33
Aranyban forr az elektron

A fémekben található, úgynevezett forró elektronok tulajdonságainak vizsgálatában értek el jelentős előrelépést magyar kutatók. Eredményeiket a jövőben a napelemek és nanoméretű áramkörök fejlesztésénél, illetve különböző szenzorok érzékenységének javítása során használhatják fel.

Fémeket fénnyel megvilágítva nagy energiájú elektronok jöhetnek létre, ezeket nevezzük forró elektronoknak. A forró elektronokat ugyanakkor nagyon nehéz kísérletileg vizsgálni, hiszen az ilyen elektronok a fénynyaláb beérkezése után is a fémben maradnak. A jövőbeli alkalmazásokhoz azonban fontos tudni, hogy mekkora többletenergiájuk van és azt is, hogy hol helyezkednek el az anyagon belül. A szegedi ELI-ALPS Lézerközpont, a Wigner Fizikai Kutatóközpont, a Szegedi Tudományegyetem és az Energiatudományi Kutatóközpont munkatársai – aranyréteget használva kísérletükhöz - ezekre a kérdésekre adnak választ a Nature Communications című folyóiratban most megjelent cikkükben.

– A forró elektronok energiaeloszlásuk alapján a környező arany atomokhoz képest pár száz foknak megfelelő többletenergiával jellemezhetők. Többletenergiájuk folyamatosan csökken, a másodperc billiomod részénél is rövidebb idő alatt elvesztik azt – említett egy eredményt a cikk egyik szerzője Budai Judit, a szegedi ELI-ALPS tudományos főmunkatársa.

 

A kutatók egy radikálisan új és minden korábbinál érzékenyebb megközelítést fejlesztettek ki a forró elektronok vizsgálatára. Kísérleteikben egy vékony, nanométeres aranyréteg esetén vizsgálták a mintára bocsátott fény visszaverődési tulajdonságait, miközben lézerfénnyel forró elektronokat hoztak létre.

 

A visszaverődési tulajdonságokban bekövetkező változásokat elemezve azt találták, hogy összhangban az elméleti várakozással, ezek az elektronok a felülethez közel, annak mindössze körülbelül négy nanométeres mélységében jelennek meg. Felvetődhet a kérdés, hogy a lézer csak az elektronokat forrósítja fel, vagy a protonok és neutronok is belemelegednek a folyamatba? A szegedi kutató szerint a folyamat során a forró elektronok a környezethez képesti többlet energiájukat folyamatosan átadják a környező atomoknak. A mérés jelentősége, hogy a rendszer állapotát abban az átmeneti állapotban tudták megvizsgálni, amikor a felesleges energia egy része még nem adódott át a környező atomoknak.

Az elektronok többletenergiájának elemzése arra is választ adott, hogy a forró elektronok milyen lépések során jelennek meg a vizsgált anyagi rendszerben. Ezek az eredmények kiemelkedő fontosságúak lesznek az ilyen elektronokon alapuló mérőeszközök vagy napelemek fejlesztése szempontjából.

 

– Ez egy fontos tudományos eredmény, ami szegedi és budapesti kutatók széleskörű összefogásával született. Ennek az összefogásnak természetesen az ELI is része volt, illetve az ELI létrejötte nagymértékben katalizálta ezt a közös projektet és kutatói összefogást – kommentálta az eredményt Dombi Péter, az ELI-ALPS osztályvezetője és a Wigner FK kutatócsoport-vezetője, aki szerint a majdani alkalmazásoknál még nagyobb energiá­jú elektronokra lehet számítani. Ezek élettartama azonban annyira rövid, hogy detektálásukhoz a módszer továbbfejlesztése szükséges. 

 

Ezek az elektronok többletenergiájuk révén számos területen hasznosíthatók, mint például kémiai reakciók katalizálásában, napelemek hatékonyabbá tételében, szenzorok érzékenységének növelésében vagy akár nanoméretű áramkörök fejlesztésében.

Azaz, ez a kísérlet gyakorlati célokat szolgált.

Borítókép: Lézerfénnyel kísérleteztek nanométeres fémrétegben (Forrás: ELKH)

Hírlevél feliratkozás
Nem akar lemaradni a Magyar Nemzet cikkeiről? Adja meg a nevét és az e-mail címét, és mi naponta elküldjük Önnek legjobb írásainkat.