Los resultados de un experimento ruso-japonés explican el mecanismo de fotoemisión de electrones por nanoestructuras metálicas bajo excitación láser ultrarrápida. Los conjuntos de nanopartículas metálicas son capaces de emitir pequeños racimos de electrones cuando se irradian con potentes pulsos de láser de femtosegundo (1 fs =10 ^-15 s) duración. Los científicos de la Universidad Lobachevsky han estudiado durante mucho tiempo el efecto plasmón:la excitación por la luz de oscilaciones electrónicas colectivas en nanopartículas y la amplificación del campo de luz asociado con estas oscilaciones en las proximidades de la nanopartícula. que juega el papel principal en este proceso. Es la amplificación de plasmón del campo lo que proporciona una fotoemisión eficaz de electrones de un metal.

Las perspectivas de aplicación práctica de nanoestructuras de plasmón están asociadas con su uso como fotocátodos ultrarrápidos para crear fuentes pulsadas de radiación de rayos X coherente de alto brillo y para producir microscopios con alta resolución temporal.

La fotoemisión de electrones de nanopartículas metálicas va acompañada de la emisión de radiación de terahercios (su rango en la escala de ondas electromagnéticas está entre la luz y las microondas), lo que permite utilizar esta radiación como herramienta para el estudio de la fotoemisión.

"La intensidad de la radiación de terahercios depende de forma no lineal de la intensidad del pulso láser y demuestra un orden de no linealidad alto (de 3 a 6 en varios experimentos). Aunque el mecanismo de generación de radiación de terahercios por los fotoelectrones no se comprende completamente, se cree que el alto orden de no linealidad se explica por la naturaleza multifotónica de la emisión de electrones, es decir, por la necesidad de transferir energía de varios fotones láser al electrón para realizar el trabajo de liberar el electrón del metal, "explica Michael Bakunov, Jefe del Departamento de Física General de la Universidad Lobachevsky.

Para probar la hipótesis de un mecanismo de fotoemisión de fotones múltiples, científicos de la Universidad Lobachevsky junto con sus colegas japoneses de la Universidad Shinshu, La Universidad de Osaka y el Instituto de Tecnología de Tokio llevaron a cabo un experimento en el que la misma nanoestructura metálica, se irradió una serie de nanobarras de oro ("nanobosques de oro") con potentes pulsos de luz ultracortos de varias longitudes de onda, desde 600 nm hasta 1500 nm.

El resultado fue sorprendente. A pesar de que la energía de los cuantos difería más del doble, el orden de no linealidad fue aproximadamente el mismo (4,5-4,8) para longitudes de onda de 720 a 1500 nm e incluso mayor (6,6) para una longitud de onda de 600 nm (con la energía cuántica más alta).

"Estos resultados refutan la hipótesis de la emisión multifotónica de electrones. Al mismo tiempo, las dependencias experimentales están de acuerdo con el mecanismo de emisión del túnel, mediante el cual se hace que los electrones escapen del metal mediante un campo de luz mejorado de plasmón, ", concluye Michael Bakunov.

Los resultados de la investigación de científicos rusos y japoneses se publicaron en una de las principales revistas científicas, Informes científicos