מדעני טכניון השתלטו על תנועת אלקטרונים באמצעות לייזר דו-גוני

פיזיקאים מהטכניון בחיפה פיתחו שיטה חדשה לשליטה על תנועת אלקטרונים באמצעות פולסים של לייזר דו-גוני. השיטה מאפשרת לקבוע את כיוון זרם המנהור (tunnel current) במיקרוסקופ, ולמדוד פרצי זרם קצרים במיוחד, באורך של 860 אטו-שניות. מדענים מתקשים לצפות בתנועת אלקטרונים בחומרים, מכיוון שהיא מתרחשת בקנה מידה אטומי ובפרקי זמן קצרים ביותר, ומוסתרת על ידי רעשים תרמיים. המחקר, שפורסם בכתב העת Nature Photonics, מהווה צעד משמעותי בפתרון בעיה זו. הניסוי התבסס על מיקרוסקופ מנהור סורק (STM) עם חוד מחט חד במיוחד. כאשר המחט ממוקמת קרוב מאוד למשטח החומר, אלקטרונים יכולים לעבור דרך רווח האוויר באמצעות אפקט מנהור קוונטי, וליצור זרם המאפשר מיפוי מדויק של פני השטח. עם זאת, עד כה לא היה ניתן לעקוב באופן יציב אחר תנועת אלקטרונים בקנה מידה כה זעיר. החוקרים השתמשו בפולסים של אור אינפרא-אדום, שהכילו שני צבעים (אורכי גל), שהוחדרו לרווח שבין המחט לחומר. על ידי שינוי ההשהיה בין שני הצבעים, הם יכלו לשנות את צורת גל האור ובכך לכוון את האלקטרונים לנוע מהמחט אל הדגם או להיפך. התאמת ההשהיה אפשרה להפריד את זרם המנהור הקצרצר מהרעשים התרמיים. השוואת המדידות למודלים תיאורטיים אפשרה לשחזר את פרצי הזרם באורך 860 אטו-שניות. המודלים הראו ששדה האור מקל על מעבר מחסום המנהור, מאיץ את האלקטרון ו"דוחף" אותו אל פני השטח. המיקרוסקופ שמר על רגישות לשינויי גובה קטנים מאנגסטרום אחד, פעל בטמפרטורת החדר ועל פני האוויר. פיתוח המכשיר ארך מספר שנים. "ניסינו שלוש מערכות לייזר שונות והרכבנו מחדש את המערך האופטי פעמים רבות, עד שלמדנו להבחין באופן אמין בין הזרם הקצרצר לרעש", אמרה שותפת המחקר, עדי גולדנר. לדברי המדענים, התוצאה תאפשר צפייה בתנועת אלקטרונים בנקודות ספציפיות בחומר, ובטווח הארוך תסייע בפיתוח אלקטרוניקה שתתבסס על שליטה בזרמים באמצעות גלי אור.