Anxious Albatross
Проверенный
Международная группа исследователей, в которую также вошли представители Международного научно-исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии Сибирского федерального университета и Федерального Сибирского научно-клинического центра ФМБА России, разработала новую теоретическую модель для точного измерения сверхбыстрого переноса заряда в молекулярных системах. Новый метод, основанный на интерференции Фано, опровергает устоявшиеся представления и показывает, что традиционные подходы существенно занижают время этого фундаментального процесса, лежащего в основе работы солнечных батарей, современной электроники и биологических тканей. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Physical Review Letters.
Долгое время для измерения сверхбыстрых процессов (длящихся фемтосекунды – миллионные доли миллиардной доли секунды) использовался метод «часов с дыркой на внутренней оболочке» (Core-Hole Clock, CHC). Однако у старого метода был существенный недостаток: он не учитывал квантовую природу процесса. Ученые полагали, что рентгеновский луч возбуждает лишь одну изолированную точку в материале. Но на самом деле излучение одновременно затрагивает и эту точку, и всё окружающее пространство. Возникающие при этом квантовые волны начинают взаимодействовать друг с другом словно два круга на воде, которые, накладываясь, создают единую сложную картину. Старая теория этот важнейший эффект просто игнорировала. «Традиционная модель рассматривала процесс упрощённо, полагая, что рентгеновское излучение возбуждает только локализованное состояние. Мы же в нашей теории строго учли когерентную связь между дискретным экситоном и делокализованным континуумом. Это позволило выявить эффект интерференции Фано, который кардинально меняет физическую картину происходящего и делает старую модель неприменимой для сложных систем», – отметил главный автор работы Фарис Гельмуханов.
Для экспериментальной проверки новой теории, получившей название Fano-based core-hole clock (FCHC), были измерены резонансные оже-спектры проводящего органического полимера P3HT. Экспериментальная часть работы была проведена с использованием синхротронного излучения на станции GALAXIES. В исследовании приняли участие специалисты из ведущих мировых научных центров: Северо-Китайского электроэнергетического университета (Китай), Университета Сорбонны и CNRS (Франция), Синхротрона SOLEIL (Франция), Королевского технологического института (Швеция), Цюрихского университета (Швейцария), Стокгольмского университета (Швеция) и Свободного университета Берлина (Германия).
Результаты оказались поразительными: время переноса заряда в полимере составило 27 фемтосекунд, что примерно в три раза больше, чем предсказывала стандартная модель (9 фемтосекунд).
«Интерференция Фано – это универсальная черта квантовых систем. Наш новый подход не просто корректирует старые данные, он предлагает надежный и общий квантово-механический инструмент для изучения сложных молекулярных и конденсированных сред, сводясь к классической модели лишь в предельном, редко встречающемся случае», – подчеркнул соавтор исследования Виктор Кимберг.
«Полученные данные однозначно демонстрируют, что изучаемая система выходит за рамки применимости классической модели CHC. Учёт прямого заселения континуума и квантовой когерентности позволил нам получить корректные временные масштабы, что критически важно для будущего дизайна новых функциональных материалов», – добавил ведущий научный сотрудник СФУ Павел Краснов.
Разработанный метод открывает новые возможности для пространственного и временного контроля над движением электронов на атомарном уровне.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 25-12-00148).
Продолжить чтение...
Долгое время для измерения сверхбыстрых процессов (длящихся фемтосекунды – миллионные доли миллиардной доли секунды) использовался метод «часов с дыркой на внутренней оболочке» (Core-Hole Clock, CHC). Однако у старого метода был существенный недостаток: он не учитывал квантовую природу процесса. Ученые полагали, что рентгеновский луч возбуждает лишь одну изолированную точку в материале. Но на самом деле излучение одновременно затрагивает и эту точку, и всё окружающее пространство. Возникающие при этом квантовые волны начинают взаимодействовать друг с другом словно два круга на воде, которые, накладываясь, создают единую сложную картину. Старая теория этот важнейший эффект просто игнорировала. «Традиционная модель рассматривала процесс упрощённо, полагая, что рентгеновское излучение возбуждает только локализованное состояние. Мы же в нашей теории строго учли когерентную связь между дискретным экситоном и делокализованным континуумом. Это позволило выявить эффект интерференции Фано, который кардинально меняет физическую картину происходящего и делает старую модель неприменимой для сложных систем», – отметил главный автор работы Фарис Гельмуханов.
Для экспериментальной проверки новой теории, получившей название Fano-based core-hole clock (FCHC), были измерены резонансные оже-спектры проводящего органического полимера P3HT. Экспериментальная часть работы была проведена с использованием синхротронного излучения на станции GALAXIES. В исследовании приняли участие специалисты из ведущих мировых научных центров: Северо-Китайского электроэнергетического университета (Китай), Университета Сорбонны и CNRS (Франция), Синхротрона SOLEIL (Франция), Королевского технологического института (Швеция), Цюрихского университета (Швейцария), Стокгольмского университета (Швеция) и Свободного университета Берлина (Германия).
Результаты оказались поразительными: время переноса заряда в полимере составило 27 фемтосекунд, что примерно в три раза больше, чем предсказывала стандартная модель (9 фемтосекунд).
«Интерференция Фано – это универсальная черта квантовых систем. Наш новый подход не просто корректирует старые данные, он предлагает надежный и общий квантово-механический инструмент для изучения сложных молекулярных и конденсированных сред, сводясь к классической модели лишь в предельном, редко встречающемся случае», – подчеркнул соавтор исследования Виктор Кимберг.
«Полученные данные однозначно демонстрируют, что изучаемая система выходит за рамки применимости классической модели CHC. Учёт прямого заселения континуума и квантовой когерентности позволил нам получить корректные временные масштабы, что критически важно для будущего дизайна новых функциональных материалов», – добавил ведущий научный сотрудник СФУ Павел Краснов.
Разработанный метод открывает новые возможности для пространственного и временного контроля над движением электронов на атомарном уровне.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 25-12-00148).
Продолжить чтение...