AUne découverte révolutionnaire en science des matériaux remet en question la compréhension actuelle de la photoémission
par Tanner Stening, Université du Nord-Est
Crédit : domaine public Unsplash/CC0
Qu'est-ce que la lumière exactement et de quoi est-elle faite ? C'est une question séculaire qui remonte à l'Antiquité et l'une des enquêtes les plus importantes entreprises par les scientifiques qui cherchent à comprendre la nature de la réalité.
La question de savoir en quoi consiste la lumière - une forme d'énergie qui, lorsqu'elle rebondit sur les objets, nous permet de voir le monde - a suscité des débats et des discussions si animés dans la communauté scientifique qu'elle a donné naissance à un tout nouveau domaine : lla mécanique quantique .
Derrière le débat sur la nature de la lumière se cache un autre mystère. Autrement dit, la lumière se comporte-t-elle comme une onde ou une particule ? Lorsqu'Albert Einstein, au début du XXe siècle, a proposé que la lumière soit à la fois de nature particulaire (contenant de petites particules appelées photons) et ondulatoire, beaucoup étaient satisfaits, quoique légèrement inquiets, de ses découvertes.
Einstein a soutenu sa nouvelle théorie grâce à ses travaux sur ce qu'on appelle l'effet photoélectrique, qui lui a valu le prix Nobel de physique en 1921. Découvert pour la première fois par Heinrich Rudolf Hertz en 1887, l'effet photoélectrique décrit le processus par lequel la lumière provoque l'éjection d'électrons. d'un matériau lorsqu'il est exposé dessus.
Désormais la principale approche expérimentale utilisée par les chercheurs pour sonder les propriétés chimiques et électroniques des matériaux, la photoémission a donné lieu à des applications pratiques pour une gamme de technologies, en particulier celles qui dépendent de la détection de la lumière ou de la génération de faisceaux d'électrons, comme les dispositifs d'imagerie médicale et la fabrication de semi-conducteurs, parmi autres.
Mais les chercheurs du Nord-Est ont fait une découverte qui remet en question ce que nous savons sur le fonctionnement de la photoémission, jetant les bases d'une nouvelle compréhension de la façon dont la lumière interagit avec les matériaux.
Dans un article publié dans Nature le 8 mars, les chercheurs ont observé ce qu'ils ont décrit comme les "propriétés inhabituelles de photoémission" d'un matériau particulier, le titanate de strontium, un oxyde de la paire d'éléments chimiques qui est devenu populaire il y a plus d'un demi-siècle. principalement comme un simulant de diamant.
Expérimentalement, les chercheurs ont utilisé le titanate de strontium comme photocathode, ou une surface technique capable de convertir la lumière en électrons par effet photoélectrique.
Les photocathodes sont également utilisées dans les photodétecteurs ou les dispositifs sensoriels, tels que les photomultiplicateurs ; ils sont également utilisés dans les visionneuses infrarouges, les caméras à balayage, les intensificateurs d'image - ou les amplificateurs d'image - et les convertisseurs d'image.
Le titanate de strontium a toujours été négligé en tant que candidat potentiel à la photocathode, déclare Arun Bansil, professeur distingué de physique à Northeastern, co-auteur de l'étude.
"Ce matériau a de nombreuses autres utilisations et applications", déclare Bansil.
En utilisant plusieurs énergies de photons dans la gamme de 10 eV (électron-volt), les chercheurs ont pu produire une "photoémission secondaire cohérente très intense" plus forte que tout ce qui avait été vu auparavant, dit Bansil.
"C'est un gros problème car il n'y a aucun mécanisme dans notre compréhension actuelle de la photoémission qui puisse produire un tel effet", déclare Bansil. "En d'autres termes, nous n'avons aucune théorie à ce sujet, actuellement, c'est donc une percée miraculeuse dans ce sens."
Une émission d'électrons secondaires décrit un phénomène dans lequel les électrons primaires délogés ont subi une perte d'énergie à la suite de collisions dans le matériau avant l'éjection.Lorsque vous excitez des électrons, certains de ces électrons sortiront en fait du solide », explique Bansil. « Les électrons primaires font référence à ceux qui ne se sont pas dispersés, tandis que les électrons secondaires signifient qu'ils ont subi des collisions avant de sortir du solide. "
L'équipe de chercheurs, qui comprenait des scientifiques de l'Université Westlake en Chine, de l'Université de technologie Lappeenranta-Lahti (LUT) en Finlande et du Nord-Est, a déclaré qu'un tel résultat indique "de nouveaux processus sous-jacents" encore compris.
"L'émergence observée de la cohérence dans la photoémission secondaire indique le développement d'un nouveau processus sous-jacent en plus de ceux englobés dans le cadre théorique actuel de la photoémission", ont écrit les chercheurs.
Bansil dit que les résultats bouleversent ce que les scientifiques pensaient savoir sur le processus de photoémission, ouvrant la porte à de nouvelles applications dans les industries qui exploiteraient la puissance de ces matériaux quantiques sophistiqués.
"Nous pensions tous avoir compris la physique de base impliquée ici, au point où le développement d'applications est conforme à un certain paradigme de théorie et de pensée", déclare Bansil. "Comme le fait souvent la nature, c'est w
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COMMENTAIRES
L article de SCIENCE X ne nous endit pas assez sur cette discriminations entre électrons primaires et secondaires .Il faut consiter l original !
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More information: Caiyun Hong et al, Anomalous intense coherent secondary photoemission from a perovskite oxide, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-05900-4
