👨‍💼 👩🏿‍🤝‍👨🏾 ✨ एक इलेक्ट्रॉन पकड़ो: एक ऐसी प्रक्रिया का अवलोकन करना जो एक सेकंड का एक क्विंटल लेती है 👨‍💻 🤳🏾 🧛🏼

एक सेकंड में, कई विविध और बहुत तेज प्रक्रियाएं हमारे चारों ओर होती हैं। एक बार पलक झपकने में केवल 300 मिलीसेकंड (0.3 सेकेंड) लगते हैं, और 30 माइक्रोसेकंड (0.00003 सेकेंड) एक बिजली की हड़ताल के लिए पर्याप्त है। इस तरह की तेज़ प्रक्रियाएँ उनकी छोटी अवधि में आ रही हैं, लेकिन ऐसी भी हैं जिनकी गति की कल्पना करना कठिन है।

प्रकाश के अवशोषण द्वारा कुछ रासायनिक अभिक्रियाएँ सक्रिय होती हैं। अवशोषण के बाद पहले क्षणों में, परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में इलेक्ट्रॉनों का वितरण बदलता है, जो चल रही प्रतिक्रिया और इसके परिणाम को बहुत प्रभावित करता है। ये इलेक्ट्रॉनिक ट्रांसपोसिशन एक अविश्वसनीय रूप से कम समय की अवधि में होते हैं, जो अक्सर एटोसॉन्ड्स में मापा जाता है। और एक एटोसेकंड एक सेकंड के एक क्विंटल के बराबर है, अर्थात्। 0.000000000000000001 सेकंड। ऐसी तेज़ प्रक्रियाओं को ट्रैक करना बेहद मुश्किल है, लेकिन वास्तविक रूप से। आज हम एक अध्ययन से परिचित होंगे जिसमें यूनिवर्सिटी ऑफ फ्रीबर्ग (जर्मनी) के वैज्ञानिकों ने एक नई तकनीक का निर्माण किया, जो महान गैस परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन खोल में इलेक्ट्रॉन कंपन के वास्तविक समय के अवलोकन की अनुमति देता है। नई तकनीक के आधार पर कौन-सी प्रौद्योगिकियां बनीं और क्या तय किया जा सका? हम वैज्ञानिकों की रिपोर्ट में जवाब पाएंगे। जाओ।

क्वांटम दुनिया में सबसे महत्वपूर्ण घटनाओं में से एक सुसंगतता है, जब कई कंपन या लहर प्रक्रियाओं को समय में समन्वित किया जाता है। वैज्ञानिकों के अनुसार, सुसंगतता को समझना क्वांटम प्रणालियों में विभिन्न प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझना संभव बनाता है, जैसे कि अल्ट्राफास्ट क्षय या बॉन्ड का निर्माण।

वास्तविक समय सुसंगत गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए, उत्साहित coherences के कंपन चरण के विकास का प्रतिनिधित्व करने वाले इंटरफेरोमेट्रिक माप के आधार पर उपयुक्त अल्ट्राफास्ट तकनीकों की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉनों के दृष्टिकोण से, यह समस्या अधिक परिमाण का एक क्रम बन जाती है, क्योंकि दोलनों की अवधि उत्तेजना ऊर्जा के साथ विपरीत होती है और इसलिए, अटोसॉकोंड से लेकर ज़िप्टोसकॉन्ड (10 ⁻²¹⁾ तक की सीमा में अत्यधिक उच्च तुल्यकालन स्थिरता की आवश्यकता होती है।सी, यानी 0.000000000000000000001 सेकंड)। फिर भी, इलेक्ट्रॉनिक प्रक्रियाओं को बाहर करना असंभव है, क्योंकि इस मामले में एक पूरे के रूप में सिस्टम के बारे में जानकारी अधूरी होगी।

उपरोक्त समस्या को हल करने के विकल्पों में से एक चरम पराबैंगनी ऊर्जा * (XUV) के लिए समय-हल सुसंगत स्पेक्ट्रोस्कोपी का विस्तार हो सकता है ।

चरम पराबैंगनी * (XUV) - विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के भाग में विद्युत चुम्बकीय विकिरण तरंगदैर्ध्य के साथ 124 एनएम से 10 एनएम, जब फोटोन ऊर्जा 10 eV से 124 eV होती है।

यह परमाणु के इलेक्ट्रॉन शेल के अंदर राज्यों तक पहुंच की अनुमति देगा और, इसलिए, एटोसकॉन्ड प्रक्रियाओं के अवलोकन के लिए।

इस तकनीक के सैद्धांतिक फायदे के बावजूद, इसके कार्यान्वयन में कुछ कठिनाइयाँ हैं। उनमें से एक कमजोर अति-संकेतन संकेतों को अलग करने के लिए आवश्यक अति-उच्च चरण स्थिरता और चरण मिलान योजनाओं की कमी है। इस वजह से, व्यवहार में, इलेक्ट्रॉनिक जुटना का अध्ययन करने के लिए यह XUV विधि अभी तक लागू नहीं हुई है।

बड़ी क्षमता के साथ एक्सयूवी तकनीक का एक अन्य पहलू सुसंगतता को नियंत्रित करने की क्षमता है। द्विध्रुवीय अनुसंधान विधि में, दो एक्सयूवी दालों के बीच सापेक्ष देरी में हेरफेर करके सुसंगत नियंत्रण प्राप्त किया गया था। एक्सयूवी दालों के चरणों में हेरफेर करने पर आधारित एक विधि भी है।

इस क्षेत्र में कुछ सफलताएँ प्राप्त हुई हैं। तो, नाड़ी निर्माण की तकनीक, केवल अवरक्त और पराबैंगनी पर्वतमाला में उपलब्ध है, ने उन्नत नियंत्रण सर्किट के निर्माण की अनुमति दी है जो कि नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्रबंधन में उपयोग किया जा सकता है। और एक्सयूवी विधि में, उत्तेजना क्षेत्र के ध्रुवीकरण को बदलकर चरण हेरफेर का आंशिक रूप से प्रदर्शन किया गया था।

हालांकि, चरण के प्रत्यक्ष हेरफेर और पल्स अनुक्रम में एक्सयूवी पल्स की देरी अभी तक लागू नहीं हुई है।

आज हम जिस काम पर विचार कर रहे हैं, उसमें वैज्ञानिक एक्सयूवी दालों के अनुक्रमों के लिए एक चरण मॉड्यूलेशन विधि लागू कर रहे हैं, जो सुसंगत प्रबंधन उपकरण और सुसंगत nonlinear स्पेक्ट्रोस्कोपी में सुधार करता है।

इसे महसूस करने के लिए, XUV दालों के जोड़े उनके विलंब और सापेक्ष चरण पर पूर्ण नियंत्रण के साथ तैयार किए गए थे। एक मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर (FEL) FERMI का उपयोग किया गया था।

छवि नंबर 1: प्रयोगात्मक सेटअप।

चरण सिंक्रोनाइज़्ड पराबैंगनी दालों को एक अखंड संरचना पर आधारित एक अत्यधिक स्थिर इंटरफेरोमीटर का उपयोग करके बनाया जाता है और इसका उपयोग उच्च लाभ हार्मोनिक्स (HGHG) उत्पन्न करके मुख्य FEL प्रक्रिया में शामिल करने के लिए किया जाता है। नतीजतन, एक्सयूवी दालों के पूरी तरह से सुसंगत जोड़े अंतरालीय तरंगदैर्ध्य के एक विशिष्ट हार्मोनिक पर प्राप्त होते हैं। अतिरंजित कहावत है, एक मुख्य लेजर पल्स और एक दाता है, जिसे एक्सयूवी दालों की एक जोड़ी बनाने के लिए मुख्य एक में पेश किया जाता है। इस मामले में हार्मोनिक पीढ़ी लेजर विकिरण की आवृत्तियों के अलावा है, जब कई विकिरण अवशोषित होते हैं, और एक को अवशोषित की आवृत्ति के योग के बराबर आवृत्ति के साथ उत्सर्जित किया जाता है।

शोध का परिणाम

जैसा कि पहले के अध्ययनों में वर्णित है, एक डोनर आवेग के गुणों के माध्यम से एक्सयूवी चरण में हेरफेर करना संभव है। इस अध्ययन में, जैसा कि लेखक खुद कहते हैं, एक्सयूवी तरंगदैर्ध्य में चरण गठन की समस्या से बचने के दौरान उच्च-परिशुद्धता, अलग चरण नियंत्रण और एक्सयूवी दालों के जोड़े के सिंक्रनाइज़ेशन की शुरुआत करके इस पद्धति में सुधार किया गया था। (ऐसा करने के लिए, हम दो AOM (acousto ऑप्टिकल माड्युलेटर्स) चरण तुल्यकालन के साथ है, जो रिश्तेदार चरण को नियंत्रित इस्तेमाल किया φ ₂₁ = φ ₂ - φ ₁ दाता नाड़ी की)। एचजीएचजी चरण में, प्रत्यारोपित चरण एक अच्छी तरह से परिभाषित चरण शिफ्ट nH ₂₁ से अधिक के लिए चला जाता है दालों के लिए XUV n द्वारा-हथ हार्मोनिक जो आपको लचीले ढंग से चरण ( 2 ए ) में हेरफेर करने की अनुमति देता है ।

छवि # 2: XUV चरण में हेरफेर।

एक्सयूवी चरण का नियंत्रण 47.5 ईवी ( 2 बी और 2 सी ) तक फोटॉन ऊर्जा के लिए एक्सयूवी हस्तक्षेप बैंड के चरण के नियंत्रण द्वारा प्रदर्शित किया जाता है । इंटरफेरोग्राम्स में दिखाई गई उच्च स्थिरता इंगित करती है कि नगण्य उतार-चढ़ाव एचजीएचजी चरण में पहले से ही होते हैं, लेकिन पल्स जोड़े की पीढ़ी के चरण में नहीं।

एचजीएचजी चरण में, दाता नाड़ी और इलेक्ट्रॉन प्रवाह (लगभग 42 एफएस) के बीच अस्थायी अंतर इलेक्ट्रॉन बीम के अवशिष्ट ऊर्जा एलएफएम सिग्नल (रैखिक आवृत्ति मॉडुलन) के कारण उत्पन्न एक्सयूवी दालों के चरण दोलनों को जन्म देता है।

पहला "प्रायोगिक" हीलियम था। वैज्ञानिकों ने एक्सयूवी के चरणों के चरण-संशोधित अनुक्रमों के साथ एटोसेकंड इलेक्ट्रॉन coherences के समय के विकास पर नज़र रखने की प्रक्रिया का प्रदर्शन करने का निर्णय लिया।

चित्र 3: हीलियम में XUV इलेक्ट्रॉनिक सुसंगतता। 3 ए

पर विचार के तहत मॉडल हीलियम में 1s ² → 1s4p संक्रमण है। पहला XUV पल्स जमीन और उत्तेजित राज्यों (इलेक्ट्रॉनिक वेव पैकेट या इलेक्ट्रॉनिक WP) के सुसंगत सुपरपोज़िशन बनाता है, जिसके द्वारा निरूपित किया गया है। ψ ( τ )⟩। दूसरा XUV पल्स सेट टाइम ( τ) से पहले वाले से पिछड़ गया

), इस WP को इलेक्ट्रॉन आबादी की स्थिर स्थिति पर प्रोजेक्ट करता है, जिसे 1s4p राज्य के आयनीकरण द्वारा NIR पल्स ( निकट-अवरक्त , अर्थात, निकट अवरक्त) द्वारा मापा जाता है , संकेत देते हुए:

S ∝ ⟨ψ (τ) । 1s4p⟩ = A (τ) | ^{ei e (} ϕ ⁾ , जहां A ( ^den) आयाम को दर्शाता है और τ (τ) WP का चरण विकास है।

संक्रमण ऊर्जा 1 एस ² → ¹ एस ⁴ पी के बराबर ई = 23.74 ईवी के अनुसार, सिग्नल एक अवधि एच / ई = 174 एसी (एसी - एटोसेकंड) के साथ दोलन करता है , जिसके लिए डेटा प्राप्त करने के लिए बेहद उच्च पंपिंग-जांच स्थिरता ( δτ <20 एसी) की आवश्यकता होती है।

इस समस्या को हल करने के लिए, एक चरण-चक्रीय योजना का उपयोग किया गया था। चरण-समकालिक पहचान के साथ दोनों एक्सयूवी दालों के चरण मॉड्यूलेशन को मिलाकर, आप सिग्नल के दोलन काल को 50 से अधिक बार कम कर सकते हैं और सिग्नल से अधिकांश चरण "घबराना" को हटा सकते हैं।

ग्राफ 3 बी हीलियम उत्तेजना के दौरान दर्ज किए गए समय के इंटरफेरोग्राम को दर्शाता है। यह प्रेरित एटोसेकंड इलेक्ट्रॉन WP के शुद्ध आवधिक दोलनों को दर्शाता है, जो सैद्धांतिक मॉडल ( 3 डी ) के साथ अच्छे समझौते में है । नमूने में अपेक्षाकृत कम लागू एफईएल ऊर्जा (relatively30 एनजे) और कम परमाणु घनत्व के बावजूद, सटीक डेटा प्राप्त किए गए थे। यह एक्सयूवी तरंगदैर्ध्य की कठिन परिस्थितियों में भी एक उत्कृष्ट सिग्नल-टू-शोर अनुपात और तकनीक की उच्च संवेदनशीलता की उपस्थिति को इंगित करता है।

इसके अलावा, सिग्नल की गुणवत्ता प्रत्यक्ष फूरियर विश्लेषण को वर्णक्रमीय जानकारी ( 3 डी ) प्राप्त करने की अनुमति देती है । डेटा को पकड़ने के लिए समय में एक महत्वपूर्ण कमी के साथ संयोजन में इलेक्ट्रॉन प्रवाह की सावधानीपूर्वक तैयारी ने WP दोलनों को 700 fs (fs - femtosecond) तक ट्रैक करना संभव बना दिया।

हीलियम अनुसंधान एक unperturbed क्वांटम प्रणाली के लिए एक मॉडल बन गया है जो लंबे समय तक रहने वाले इलेक्ट्रॉन सुसंगतता और मामूली निर्जलीकरण को दर्शाता है। हीलियम के बाद, शोधकर्ताओं ने आर्गन पर विचार करना शुरू किया, और अधिक सटीक रूप से, 3s ² 3p ⁶ → 3s ¹ 3p ⁶ 6p ¹ आर्गन में संक्रमण।

चित्र 4: आर्गन में फ़ानो प्रतिध्वनि का वास्तविक समय चित्रण।

6 पी-वैलेंट ऑर्बिटल जोड़े कॉन्फ़िगरेशन इंटरएक्शन ( 4 ए ) के माध्यम से * Ar ⁺सातत्य से जुड़े होते हैं , जो स्वतःकरण की ओर अग्रसर होते हैं *, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण अवसादन होता है।

सातत्य * एक सतत माध्यम है जहां विभिन्न बाहरी परिस्थितियों में प्रक्रियाओं का अध्ययन किया जाता है।

स्वप्रतिरक्षण * - एक उत्तेजित अवस्था में एक परमाणु, अणु या आणविक कण के सहज आयनीकरण।

4 बी पर रेखांकन समय डोमेन में दर्ज किए गए ग्राहकों को दिखाते हैं जिससे जटिल WP सिग्नल S ( τ ) = A ( ^ϕ ) ^{eiτ (τ)} प्राप्त हुआ था । इस मामले में, सिग्नल क्षीणन WP की टनलिंग को सातत्य में दर्शाता है। इस तरह के एक संकेत के फूरियर ट्रांसफॉर्म एस ( ω ) दृढ़ता से नमूना x ( ∝) ω iS ( ω ) / की संवेदनशीलता से संबंधित है । इसलिए, अनुनाद ( 4c ) के अवशोषण और फैलाव घटता को एक साथ प्राप्त करना संभव है ।

अध्ययन की बारीकियों के साथ एक अधिक विस्तृत परिचित के लिए, मैं सुझाव देता हूं कि आप वैज्ञानिकों की रिपोर्ट पर ध्यान दें औरइसके लिए अतिरिक्त सामग्री ।

उपसंहार

सारांशित करते हुए, हम कह सकते हैं कि वैज्ञानिक चरण-चक्रीय दोलनों के आधार पर अल्ट्रा-सटीक सुसंगत स्पेक्ट्रोस्कोपी की एक नई विधि बनाने के लिए अपनी योजना को साकार करने में काफी हद तक सफल रहे। इस प्रकार, वे इलेक्ट्रॉनिक WP के विकास को ट्रैक करने और रिकॉर्ड करने में सक्षम थे, जो एक एटोसिकॉन्ड समय के पैमाने पर होता है।

एक FERMI मुक्त इलेक्ट्रॉन लेजर पर पराबैंगनी रेंज में दो अल्ट्राशोर्ट लेजर दालों का विशेष रूप से तैयार अनुक्रम ने तकनीक को लागू करने में मदद की। दालों के एक दूसरे के सापेक्ष कुछ चरण संबंध थे और एक सटीक परिभाषित समय अंतराल द्वारा अलग किए गए थे। पहली पल्स ने इलेक्ट्रॉन शेल (पंपिंग प्रक्रिया) में प्रक्रिया शुरू की। दूसरे आवेग ने शेल की स्थिति का थोड़ी देर बाद (संवेदन प्रक्रिया) अध्ययन किया। समय अंतराल और चरण अनुपात को बदलकर, शोधकर्ता इलेक्ट्रॉन खोल में समय के विकास के बारे में निष्कर्ष निकाल सकते हैं।

एक नमूने के रूप में आर्गन के साथ एक व्यावहारिक प्रयोग के दौरान, एक बहुत तेज और मुश्किल से ध्यान देने योग्य प्रक्रिया को ट्रैक किया गया था। आर्गन में, पंप पल्स परमाणु खोल के अंदर दो इलेक्ट्रॉनों के एक विशेष विन्यास का कारण बना। यह विन्यास इस तरह से क्षय हो गया कि एक इलेक्ट्रॉन ने परमाणु को बहुत कम समय में छोड़ दिया, जो अंततः आयन बन गया। यह इलेक्ट्रॉन टुकड़ी की यह प्रक्रिया थी जिसे वैज्ञानिक ठीक करने में कामयाब रहे। और अगर हम इस बात को ध्यान में रखते हैं कि इस प्रक्रिया में लगभग 120 एटोसिकंड लगते हैं, तो इस तरह के प्रयोग को बेहद सफल कहा जा सकता है।

भविष्य में, वैज्ञानिकों ने अपनी कार्यप्रणाली में सुधार करने और अन्य तेज़ प्रक्रियाओं का अध्ययन करने के लिए इसे लागू करने की योजना बनाई है। लेखकों के अनुसार, उनका काम प्रक्रियाओं के बारे में अतिरिक्त जानकारी प्रदान करेगा जो पहले केवल सैद्धांतिक मॉडल के आधार पर वर्णित थे।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद, जिज्ञासु बने रहें और एक अच्छा काम करने का सप्ताह है, दोस्तों। :)

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