|
Необычные явления в распределении количества электронов
|
|
|
|
Распределение количества фотонов в различных источниках света было тщательно изучено. Однако мало что известно о статистическом распределении электронов, испускаемых под воздействием интенсивного света. Исследователи из Института науки о свете имени Макса Планка (MPL) и Университета Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге (FAU) обнаружили экстремальные и весьма необычные статистические явления в распределении количества электронов, полученном при освещении наконечников металлических игл нанометрового размера ультракороткими импульсами яркого квантового света. Результаты, недавно опубликованные в журнале Nature Physics, доказывают, что на количество электронов влияет статистика освещенности, и способствуют более глубокому пониманию процесса эмиссии электронов. Эти результаты помогут в дальнейшем совершенствовать электронные микроскопы. В рамках совместного проекта команды, возглавляемые профессором Марией Чеховой из MPL и профессором Питером Хоммельхоффом из FAU, исследуют, как чрезвычайно сильный квантовый свет может взаимодействовать с веществом.
|
|
|
Исследователи освещают наконечники металлических игл нанометрового размера импульсами классического и квантового света. Они регистрируют электроны, высвобождающиеся из металла, и изучают их статистические свойства. Электроны, генерируемые классическим светом, распределяются по пуассоновской схеме, что означает, что каждый электрон испускается независимо от других. Количество электронов, испускаемых под действием классического света, незначительно меняется от импульса к импульсу. Перейдя к квантовому источнику света, так называемому яркому сжатому вакууму, который демонстрирует сильные флуктуации числа фотонов, исследователи смогли показать, что статистика фотонов может быть передана электронам. Используя яркий сжатый вакуум, ученые смогли измерить экстремальные статистические события с участием до 65 электронов в одном световом импульсе, при среднем значении 0,27 электронов на импульс. В случае пуассоновской статистики вероятность такого события — выброса, превышающего среднее значение в 240 раз, — была бы всего лишь 10-128.
|
|
|
|
Изменяя количество режимов сжатого вакуума, ученые могли бы адаптировать распределение количества электронов по требованию. "Наши результаты показывают, что статистика фотонов, получаемых от падающего света, отражается на испускаемых электронах, открывая путь к новым сенсорным устройствам и оптике сильного поля с квантовым светом и электронами", - говорит Мария Чехова, руководитель исследовательской группы MPL. Чтобы проиллюстрировать это на примере из повседневной жизни, Йонас Хаймерль, аспирант FAU, объясняет: "Если вы намажете изюм на кексы, вероятность того, что в кексе окажется определенное количество изюма, будет зависеть от распределения Пуассона. Давайте предположим, что в среднем на один кекс приходится по две изюминки. Поэтому может случиться так, что в кексе не будет ни одной изюминки или будет пять изюмин, но в большинстве случаев их будет две. Однако при распределении Пуассона вероятность получения более 50 изюминок невозможна." Многоэлектронные события, наблюдавшиеся в этих экспериментах, были подобны обнаружению 480 изюмин в одной булочке — это определенно порадовало бы любого любителя изюма.
|
|
|
|
Источник
|
