כלי חדש רב עוצמה פותח עידן חדש של מחקר חומרים קוונטיים

פרופסור פאביו בושיני והצוות שלו ב-QMI-UBC הדגישו את טכניקת פליטת הצילום TR-ARPES.

מחקר על חומרים קוונטיים מוביל לפריצות דרך מהפכניות ואמור להניע התקדמות טכנולוגית שתשנה תעשיות כמו כרייה, אנרגיה, תחבורה וטכנולוגיה רפואית.

טכניקה הנקראת ספקטרוסקופיה של צילום פליטת זמן וזווית (TR-ARPES) הופיעה ככלי רב עוצמה, המאפשרת לחוקרים לחקור את שיווי המשקל והתכונות הדינמיות של חומרים קוונטיים באמצעות אינטראקציה בין אור לחומר.

פורסם בכתב העת המוביל בעולם לביקורת פיזיקה, סקירהס של פיזיקה מודרניתמאמר סקירה שנערך לאחרונה על ידי פרופסור פאביו בושיני מה-Institut National de la recherche scientifique (INRS), יחד עם הקולגות מרטה זוננו ממקור האור הקנדי (CLS) ואנדראה דמסצ'לי מ-Stewar של UBCט Blusson Quantum Matter Institute (Blusson QMI), ממחיש ש-TR-ARPES הבשיל במהירות לטכניקה רבת עוצמה במהלך שני העשורים האחרונים.

"TR-ARPES היא טכניקה יעילה לא רק למחקרים בסיסיים, אלא גם לאפיון תכונות מחוץ לשיווי משקל של חומרים קוונטיים עבור יישומים עתידיים", אומר פרופסור בושיני המתמחה בספקטרוסקופיות אולטרה-מהירות של חומר מעובה, ב-Energie Matériaux Télécommunications Research. מֶרְכָּז.

כלי מהפכני למחקר חומרים קוונטיים

המאמר החדש מספק סקירה מקיפה של מחקר המשתמש ב-TR-ARPES והמשמעות המתפתחת שלו בחקר דינמיקת אלקטרונים הנגרמת על ידי אור ומעברי פאזה במגוון רחב של חומרים קוונטיים.

"הקהילה המדעית חוקרת כעת 'כפתורי כוונון' חדשים לשליטה בתכונות האלקטרוניות, התחבורה והמגנטיות של חומרים קוונטיים לפי דרישה. אחת מ'כפתורי הכוונון' הללו היא האינטראקציה בין האור לחומר, שמבטיחה לספק שליטה עדינה במאפיינים של חומרים קוונטיים בטווחי זמן מהירים במיוחד", אומר פרופסור בושיני, שהוא גם חוקר של חברת QMI. "TR-ARPES היא הטכניקה האידיאלית למטרה זו, מכיוון שהיא מספקת תובנה ישירה כיצד עירור אור משנה מצבים אלקטרוניים עם זמן, אנרגיה ורזולוציית מומנטום."

"TR-ARPES פתחה עידן חדש של מחקר חומרים קוונטיים, ומאפשרת לנו 'לדפוק על המערכת' ולבחון כיצד היא מגיבה, ולדחוף את החומרים משיווי המשקל כדי לחשוף את התכונות הנסתרות שלהם", מוסיפה המנהלת המדעית של Blusson QMI, אנדריאה. דמסצ'לי.

שיתוף פעולה בלב ההצלחה של TR ARPES

TR-ARPES משלבת ספקטרוסקופיה של חומר מעובה (ARPES) עם לייזרים אולטרה-מהירים (פוטוניקה), המפגישה קבוצות מחקר משני התחומים. הטכניקה חייבת הרבה מהצלחתה להתקדמות משמעותית בפיתוח מקורות לייזר חדשים המסוגלים להפיק אור עם מאפיינים מדויקים.

בושיני עובד בשיתוף פעולה הדוק על הנושא עם פרופסור פרנסואה לגארה, פרופסור מן המניין ב-INRS ומומחה למדע וטכנולוגיה של לייזר מהיר במיוחד. יחד, הקבוצות של Boschini ושל Légaré בנו ומפעילות תחנת קצה TR-ARPES חדישה עם יכולות עירור אינטנסיביות ייחודיות באורך גל ארוך במעבדת מקור הלייזר המתקדם (ALLS).

"הודות לתמיכה של קרן קנדה לחדשנות (CFI), ממשלות קוויבק (MEIE) וקנדה, ו-LaserNetUS, כמו גם התוכנית האחרונה של CFI Major Science Initiatives, אנו נמצאים כעת בעמדה הפריבילגית לפתוח את TR -תחנת קצה ARPES ב-ALLS למשתמשים לאומיים ובינלאומיים", אומר פרופסור Légaré, מנהל מרכז המחקר של Énergie Matériaux Télécommunications ב-INRS וראש מדעי של ALLS.

לדברי פרופסור בושיני, TR-ARPES היא כיום טכניקה בוגרת עם השפעה מוכחת על ענפים שונים של פיזיקה וכימיה. "פיתוחים ניסויים ותיאורטיים נוספים, בדומה למה שאנחנו עושים ב-ALLS, מצביעים על כך שעוד תקופות מרגשות עוד לפנינו", הוא מסכם.

מימון: קרן קנדה לחדשנות, מועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה, Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies