Một trong các hiện tượng động lực học electron nhanh nhất

Một nhóm nghiên cứu thuộc các phòng thí nghiệm khác nhau của Đức đã tiến hành phần thực nghiệm của nghiên cứu và phần giải thích lý thuyết trên cơ sở vật lý lượng tử của quan sát này đã được thực hiện ở Trung tâm Vật lý quốc tế Donostia (DIPC).

Nghiên cứu trả lời cho câu hỏi electron cần bao nhiêu thời gian để đi từ một nguyên tử này đến một nguyên tử khác. Kết luận chủ chốt là thời gian cần thiết ngắn hơn rất nhiều so với thời gian đã có thể xác định được cho đến nay. Nghiên cứu phân tích động lực học của electron của nguyên tử lưu huỳnh trên bề mặt kim loại (ruteni). Các electron nhảy từ lưu huỳnh sang bề mặt kim loại trong khoảng 320 atto giây. Để có khái niệm về con số này nhỏ như thế nào, có thể so sánh một atto giây trong một giây sẽ như là một giây trong tuổi của Vũ trụ (khoảng 14.000 triệu năm).

Điểm mới chính của nghiên cứu này là khả năng xác định thời gian truyền điện tích giữa nguyên tử và bề mặt bằng atto giây và đồng thời, hai nhà vật lý lý thuyết thuộc trường Đại học Basque (University of the Basque Country) đã mô tả chi tiết quá trình này bằng phương tiện cơ học lượng tử. Hiện tượng này là một trong các hiện tượng nhanh nhất chưa từng thấy trực tiếp trong vật lý trạng thái rắn và cho thấy có thể thu nhận được thông tin về động lực học của electron với độ phân giải rất cao. Để đạt tới độ phân giải này, cần sử dụng "công cụ" đo lường chính xác, trong trường hợp này là đồng hồ đo sự dịch chuyển electron trong nguyên tử.

Câu hỏi electron cần bao nhiêu thời gian để di chuyển giữa các tâm của nguyên tử khác nhau rất quan trọng đối với nhiều hiện tượng. Thời gian này quan trọng để tối ưu hóa việc thiết kế vật liệu dùng chế tạo linh kiện điện tử trong tương lai (lĩnh vực điện tử phân tử và điện tử nanô). Đặc biệt là, kỹ thuật được sử dụng cho phép phân biệt các giá trị khác nhau của "Spin" electron (tỷ lệ giromagnetic - quay từ tính) và mở ra các lĩnh vực nghiên cứu mới trong lĩnh vực "Spintronic" (điện tử spin), là lĩnh vực điện tử mới trong đó yếu tố chủ chốt không phải là điện tích của electron như trong lĩnh vực điện tử thông thường, mà là spin. Quá trình truyền điện tích cũng quan trọng đối với sinh vật (sự quang hợp), sản xuất năng lượng (pin điện quang) và nói chung là đối với lĩnh vực quang hóa học và điện hóa học.