Будущее электроники: физики успели зафиксировать «квантовый танец» электронов

Согласно исследованию из Национальной лаборатории Министерства энергетики США, опубликованному в журнале Science Advances, международная команда ученых впервые наблюдала синхронный «танец» электронов вокруг частицы размером менее одного нанометра. Это явление, называемое плазмонным резонансом, позволяет на короткие мгновения «захватывать» свет и управлять его энергией.

Ранее такие резонансы изучали на масштабах от нескольких сантиметров до 10 нанометров, но это первый случай, когда ученым удалось заглянуть еще глубже — в субнанометровый диапазон. 
Понимание того, как именно ведут себя электроны в таких крошечных масштабах, оставалось загадкой. Благодаря новейшим лазерным технологиям ученые смогли это рассмотреть.

Для этого ученые использовали аттосекундные импульсы света (1 аттосекунда = миллиардная часть миллиардной секунды) для возбуждения электронов вокруг молекул углерода в форме футбольного мяча (фуллеренов, или «бакиболов»), диаметром всего 0,7 нанометра. Затем они измерили, как электроны поглощали свет, высвобождали энергию и возвращались в стабильное состояние.

Один такой «танец» электронов длился от 50 до 300 аттосекунд — это невероятно короткое время, сравнимое с тем, сколько нужно свету, чтобы пройти толщину человеческого волоса. При этом электроны двигались согласованно, как танцоры, идеально выполняющие синхронный номер.

В чем важность открытия?

Ученые отметили, что плазмонный резонанс уже активно используется в различных технологиях: от фотоэлектроники (в гаджетах) до солнечной энергетики и химии. А новые данные продвинут нашу электронику на новый уровень.

«Это открытие помогло лучше понять, как электроны взаимодействуют со светом на сверхмалых масштабах. В будущем это может привести к созданию сверхбыстрой электроники, которая будет работать в миллион раз быстрее современных устройств», — добавил Матиас Клинг, соавтор исследования.