立體光電效應

根據電子是否接近氧或碳原子，激光脈衝會或多或少地彈出電子。這種差異現在可以精確地測量出來。圖片來源：蘇黎世聯邦理工大學。

在光電效應中，光子從物質中釋放電子。蘇黎世聯邦理工大學的研究人員現在使用阿秒激光脈衝來測量這種效應在分子中的時間演化。從他們的結果，他們可以推斷出精確的位置光電離事件。

當光子擊中一個物質時，它可以從它發出一個電子，只要它有足夠的能量。阿爾伯特·愛因斯坦在他的「奇蹟年」1905中發現了這個現象的理論解釋，這就是伯爾尼的光電效應。這一解釋對當時正在進行的量子力學的發展作出了重要貢獻，並在1921獲得了諾貝爾物理學獎。由蘇黎世聯邦理工大學量子電子學研究所（Ursula Keller）領導的一個國際物理學家小組現在利用阿秒激光脈衝為這一重要效應的實驗研究增加了一個新的維度。

「有相當一段時間，人們研究原子中光電效應的時間演化」，博士生JANIEVOS說，「但迄今為止關於分子的研究很少，這主要是因為分子比單個原子複雜得多。在原子中，圍繞原子核運動的最外層電子基本上從它的軌道上彈射出來。在一個分子中，兩個或兩個以上的核共用同一個電子。它的位置取決於不同吸引勢之間的相互作用。在這種情況下，光電效應究竟如何發生，現在只能詳細研究。」

為此，凱勒和她的同事使用一氧化碳分子，一氧化碳分子由兩個原子組成：一個碳原子和一個氧原子。這些分子暴露在極紫外激光脈衝中，僅持續幾秒鐘。（阿秒是十億秒十億分之一）。紫外線光子的能量將電子從分子中撕下，隨後分裂成其組成的原子。這些原子中的一個在這個過程中變成正電荷的離子。研究人員使用一種特殊的儀器測量了電子和離子飛走的方向。第二個激光脈衝，作為一種測量棒，也允許它們確定電子離開分子的精確瞬間。

「以這種方式，我們第一次能夠測量所謂的立體維格納時間延遲時，」Laura Cattaneo解釋說，他是Keller集團的博士後研究員。立體聲維格納時間延遲測量了電子在離光電原子附近或碳原子靠近時發生離開分子的時間。非常短的激光脈衝使得可以在幾秒鐘內測量這一瞬間。從該信息，反過來，可以確定分子內的電離事件的位置在十納米的範圍內。實驗結果與描述光電離時電子最有可能位置的理論預測吻合得很好。

接下來，蘇黎世聯邦理工大學研究者希望從笑氣N2O開始仔細研究更大的分子。分子中的額外原子已經使理論描述變得更加困難，但同時物理學家希望獲得新的現象，例如進入所謂的在分子內稱為電荷遷移，後者在化學過程中起著重要的作用。

原則上，甚至可以使用阿秒激光脈衝來研究這些過程，但也可以有意地引導它們，從而詳細地控制化學反應。然而，現在，阿托—化學仍有很長的路要走，正如Jannie Vos指出的：「從理論上講，這一切都非常令人興奮，但在我們到達這一目標之前還有很多工作要做。」

來源：https://tpc.googlesyndication.com/safeframe/1-0-29/html/container.html

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