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아토초 전계 방출

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아토초 전계 방출

Nature 613권, 662~666페이지(2023)이 기사 인용 14k 액세스 8회 인용 195 Altmetric Metrics 세부 정보 전자의 전계 방출은 다음과 같은 과학과 기술의 큰 발전의 기초가 됩니다.

Nature 613권, 662~666페이지(2023)이 기사 인용

14k 액세스

8 인용

195 알트메트릭

측정항목 세부정보

전자의 전계 방출은 더 높은 주파수의 신호 처리1부터 피코미터 해상도의 원자 규모 물질 구조2의 이미징에 이르기까지 과학과 기술의 큰 발전의 기초가 됩니다. 전자 역학의 기본 공간(피코미터) 및 시간(아토초) 규모에서 물질의 완전한 시각화를 가능하게 하는 전자 현미경 기술의 발전에는 펨토초 미만의 시간 간격으로 전계 방출을 제한하고 검사할 수 있는 기술이 필요합니다. 강렬한 레이저 펄스는 나노 구조 금속의 광장 방출9의 펨토초 감금5,6 및 하위 광학 주기 제어7,8을 입증함으로써 이 목적3,4을 위한 길을 열었습니다. 그러나 아토초 전자 펄스의 측정은 아직 파악하기 어렵습니다. 우리는 텅스텐 나노팁에서 전자 펄스의 광학 전계 방출을 유도하기 위해 강렬한 하위 주기 광 과도 현상을 사용했고, 동일한 과도 현상의 약한 복제본을 사용하여 실시간으로 방출 역학을 직접 조사했습니다. 지속 시간 τ = (53 as ± 5 as) 및 처프를 포함하여 팁 표면에서 재산란되는 전자 펄스의 시간적 특성에 대한 접근과 나노 규모 근거리 장의 직접 탐색은 아토초 인터페이스에서 연구 및 응용에 대한 새로운 전망을 열어줍니다. 물리학과 나노광학.

강렬한 레이저 장과 원자 및 분자의 상호 작용은 모이온11과의 재충돌 시 이러한 시스템의 구조와 역학을 연구할 수 있는 아토초 전자 펄스10를 발생시킵니다. 아토초 기술12은 이제 상호 작용 중에 방출되는 고조파15의 과도 특성을 측정하여 모 이온의 재충돌 전자 펄스 및 그에 수반되는 구조 역학13,14의 시간적 프로파일에 접근할 수 있습니다. 지난 20년 동안 강력한 레이저장과 나노구조 금속의 상호작용에 대한 연구는 원자의 전자 역학을 설명하기 위해 이전에 개발된 준고전적 개념3,4,5,6,7,8,9,16,17이 중심적인 역할을 할 수 있음을 시사했습니다. 광학장 전자 방출을 이해하는 데 중요한 역할을 합니다. 원자와 유사하게, 강렬한 레이저 펄스의 필드 크레스트에서 나노팁의 정점에서 자유롭게 설정된 전자는 또한 초단 전자 펄스를 형성해야 합니다(그림 1a, 삽입). 나중에 레이저 주기(T ≒ 2 fs)를 사용하면 역학과 구조를 모두 조사할 수 있습니다. 방출과 재충돌 이벤트 사이의 매우 짧은 시간 간격으로 인해 다른 신흥 전자 펄스 기술18,19,20,21과 달리 전자 펄스 파 패킷은 무시할 수 있는 시간적 확산을 겪어야 하며 하위 주기 시간 단위로 제한될 수 있습니다. .

a, 실험 설정의 단순화된 개략도. 하위 사이클 펄스(주황색 곡선)는 이중 오목 Ni 미러 모듈에 의해 공간적으로 분리되고 집중됩니다. 내부 미러와 외부 미러에 의해 반사된 펄스 사이의 시간 지연은 피에조 스테이지에 의해 도입됩니다. 텅스텐 나노팁(정점 반경 약 35 nm) 또는 네온 원자의 가스 제트가 레이저 초점에 배치될 수 있습니다. 방출된 전자 스펙트럼은 전자 소스의 약 3mm 하류에 배치되고 레이저 편광 축을 따라 정렬된 비행 시간 분광계(수용 각도 약 6°)에 의해 기록됩니다. 삽입된 그림은 녹색 음영 곡선으로 표시된 전자가 (i) 강렬한 레이저 장에 의해 자유로워지고 가속되어 전자 펄스를 형성하며, 전자 펄스가 나노팁 표면과 충돌하여 (ii) 역학과 구조를 모두 조사할 수 있음을 보여줍니다. . 팁 표면에서 후방 산란이 발생하면 (iii) 전자 펄스가 레이저에 의해 더욱 가속되어 상호 작용 영역을 벗어납니다. b, 구동 레이저 펄스(노란색 점)의 피크 강도 증가와 로그 눈금에서의 선형 피팅(보라색 선)의 함수로서 펄스당 총 전자 수율. c, 텅스텐 나노팁(로그 스케일의 잘못된 색상) 대 피크 강도의 전자 스펙트럼. 별과 점은 차단 에너지를 나타냅니다. 검정색과 회색 점선은 차단 에너지와 레이저 펄스의 입사 피크 강도의 선형 피팅을 보여줍니다. d, 거의 동일한 피크 강도(약 40 TW cm−2)에 대한 텅스텐 나노팁(빨간색 곡선)과 네온 원자(파란색 곡선)의 광학 방출 전자 스펙트럼. e, c와 동일하지만 네온 원자에 대한 것입니다.

20 eV) that allows atomic-scale investigation of the parent surface28. On the measurement side, in situ attosecond metrologies24,25,26,27 shall be extended to incorporate temporal gating of the optical field emission without relying on the concomitant high harmonic radiation. Measurements of this kind have so far permitted access to the driving-field waveform of light waves by tracking the spectrally integrated currents induced in the bulk of solids29,30 or the cutoff energy variation of rescattered electrons in atoms31 and nanotips32, but a direct time-resolved measurement of attosecond electron pulses in the optical field emission has remained beyond reach./p>80 eV) of the spectrogram of Fig. 3a, as isolated in Fig. 4a. Figure 4b shows the numerical reconstruction of data in Fig. 4a based on equations (1) and (2), the retrieved field parameters Ap(t) and Ag(t) (Fig. 3b), the absolute time delay τ (Extended Data Fig. 8) and the numerical algorithm detailed in Methods./p>70 eV), enabling the isolation of a single attosecond pulse. The EUV and optical pulses are reflected off a dual-mirror assembly, which consists of a Mo/Si inner mirror (centred at around 85 eV) and a nickel outer mirror, respectively. Inner and outer mirrors can be delayed with nanometric resolution (Extended Data Fig. 1a). EUV and optical pulses are focused onto a second Ne gas jet. Photoelectron spectra recorded as a function of the delay between the inner and outer mirrors allow the composition of attosecond streaking spectrograms, which allow the detailed characterization of the attosecond EUV pulse and, notably for these experiments, the field waveform of the optical pulse. Details about the relevant techniques can be found in refs. 35,41,48./p> π steradians. The induced voltage on the thin plate is measured by a lock-in amplifier at the reference frequency of the repetition rate of the driving laser (about 3 KHz). The electronic current is evaluated by dividing the induced voltage by the system impedance (10 MΩ). The total electron count per pulse is in turn obtained by dividing the current by the repetition rate of the laser and the electron charge./p>