来自美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家团队对爱因斯坦一个多世纪前首次描述的光电效应现象有了新的发现。他们的研究方法为研究电子-电子相互作用提供了新工具，这对于包括半导体和太阳能电池在内的许多技术至关重要。
当原子或分子吸收光子时，可以通过称为光电效应的过程发射电子。爱因斯坦对光电效应的描述为量子力学奠定了理论基础。然而，这一效应的瞬时性质一直是研究和争论的焦点。阿秒科学的最新进展提供了解决光电离中超快时间延迟所需的工具。
研究团队使用了SLAC的Linac Coherent Light Source (LCLS)产生的阿秒X射线脉冲，这些脉冲的长度仅为十亿分之一秒的十亿分之一，来电离核心能级电子。这个过程将电子从研究的分子中逐出。然后，研究人员使用另一个激光脉冲，根据电子发射的时间将电子踢向略微不同的方向，来测量所谓的“光电子发射延迟”。光电子发射延迟可以被理解为分子吸收光子和发射电子之间的时间。这些延迟达到了700阿秒，比之前预测的要大得多，挑战了现有的理论模型，并为理解电子行为开辟了新的途径。研究人员还发现电子之间的相互作用在这种延迟中扮演了重要角色。通过测量被逐出电子方向的角度差异，研究人员能够以高精度确定时间延迟。
这项研究是一系列计划中的实验中的第一个，旨在探索不同分子系统中电子动力学的深度。其他研究小组已经开始使用开发的技术研究更大更复杂的分子，揭示电子行为和分子结构的新方面。
该论文强调了在阿秒时间尺度上对电子动力学进行测量的潜力，以及这些测量如何有助于更好地理解电子行为和分子结构，特别是在X射线与物质相互作用至关重要的领域，如蛋白质晶体学和医学成像。该研究成果以题名“Attosecond delays in X-ray molecular ionization”于2024年8月21日发表在《自然》杂志上。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07771-9
