Met behulp van een proces dat auger-mediated positron sticking (AMPS) wordt genoemd, hebben wetenschappers van het Positron Lab in de UTA Departement Natuurkunde heeft een nieuwe techniek ontwikkeld die de eigenschappen van de bovenste atomaire laag materialen kan meten.
Dit nieuwe spectroscopische hulpmiddel maakt gebruik van virtuele fotonen om de elektronische structuur van de bovenste atoomlaag selectief te meten. Wanneer binnenkomende positronen van vacuümtoestanden naar gebonden oppervlaktetoestanden op het monsteroppervlak veranderen, produceren ze virtuele fotonen met de energie om elektronen in het vacuüm te exciteren.
Het korte interactiebereik van de virtuele fotonen beperkt de penetratiediepte tot ongeveer de Thomas-Fermi-screeningslengte. Metingen en analyse van de kinetische energieën van de uitgezonden elektronen, uitgevoerd op een enkele laag grafeen afgezet op koper en het schone kopersubstraat laten zien dat de uitgestoten elektronen uitsluitend afkomstig zijn van de bovenste atoomlaag.
Alex Weiss, professor en voorzitter van het UTA Department of Physics, zei: “We hebben ontdekt hoe we dit fenomeen, dat we in 2010 ontdekten, konden gebruiken om de toplaag te meten en informatie te krijgen over de elektronische structuur en het gedrag van de elektronen in de toplaag. Dat zal de vele eigenschappen van een materiaal bepalen, inclusief de geleidbaarheid, en kan belangrijke implicaties hebben voor het bouwen van apparaten.”
Alex Fairchild, een postdoctoraal onderzoeker in het Positron Lab, de hoofdauteur van het onderzoek, zei: “Het AMPS-proces is uniek omdat het virtuele fotonen gebruikt om de bovenste atoomlaag te meten.”
“Dit verschilt van typische technieken als foto-emissiespectroscopie, waarbij een foton meerdere lagen doordringt in de bulk van een materiaal en daardoor de gecombineerde informatie van de oppervlakte- en ondergrondse lagen bevat.”
Varghese Chirayath, assistent-onderzoeksprofessor, zei, “Onze AMPS-resultaten lieten zien hoe virtuele fotonen die worden uitgezonden na positron-sticking bij voorkeur interageren met elektronen die zich verder in het vacuüm uitstrekken dan met meer gelokaliseerde elektronen op de atoomlocatie. Onze resultaten zijn dus essentieel om te begrijpen hoe positronen interageren met het oppervlak elektronen en zijn uiterst belangrijk om andere soortgelijke oppervlakteselectieve, op positronen gebaseerde technieken te begrijpen.
Weiss merkte op dat het UTA Positron Lab momenteel de enige plaats is waar deze techniek had kunnen worden ontwikkeld vanwege de mogelijkheden van de positronenbundel.
“UTA heeft waarschijnlijk het enige laboratorium ter wereld dat over een positronenbundel beschikt die de lage energieën kan bereiken die nodig zijn om dit fenomeen waar te nemen.”
Journal Reference:
- Alexander J. Fairchild et al. Foto-emissiespectroscopie met behulp van virtuele fotonen uitgezonden door Positron Sticking: een aanvullende sonde voor elektronische structuren op het bovenlaagoppervlak. Physical Review Letters DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.106801
