අන්ත පාරජම්බුල කිරණ ප්‍රභව තාක්ෂණයේ දියුණුව

අන්ත පාරජම්බුල කිරණවල දියුණුවආලෝක මූලාශ්ර තාක්ෂණය

මෑත වසරවලදී, ආන්තික පාරජම්බුල අධි ප්‍රභව ප්‍රභව ඉලෙක්ට්‍රෝන ගතික ක්‍ෂේත්‍රයේ ප්‍රබල අනුකූලතාව, කෙටි ස්පන්දන කාලසීමාව සහ ඉහළ ෆෝටෝන ශක්තිය හේතුවෙන් පුළුල් අවධානයක් ආකර්ෂණය කර ඇති අතර විවිධ වර්ණාවලි සහ රූප අධ්‍යයනයන්හි භාවිතා කර ඇත. තාක්ෂණයේ දියුණුවත් සමඟ මෙයආලෝක ප්රභවයවැඩි පුනරාවර්තන සංඛ්‍යාතයක්, ඉහළ ෆෝටෝන ප්‍රවාහයක්, ඉහළ ෆෝටෝන ශක්තියක් සහ කෙටි ස්පන්දන පළලක් කරා වර්ධනය වේ. මෙම අත්තිකාරම ආන්තික පාරජම්බුල ආලෝක ප්‍රභවයන්ගේ මිනුම් විභේදනය ප්‍රශස්ත කරනවා පමණක් නොව, අනාගත තාක්ෂණික සංවර්ධන ප්‍රවණතා සඳහා නව හැකියාවන් ද සපයයි. එබැවින්, ඉහළ පුනරාවර්තන සංඛ්‍යාත ආන්තික පාරජම්බුල ආලෝක ප්‍රභවය පිළිබඳ ගැඹුරු අධ්‍යයනය සහ අවබෝධය අති නවීන තාක්‍ෂණය ප්‍රගුණ කිරීම සහ යෙදීම සඳහා ඉතා වැදගත් වේ.

femtosecond සහ attosecond කාල පරිමාණයන් මත ඉලෙක්ට්‍රෝන වර්ණාවලීක්ෂ මිනුම් සඳහා, තනි කදම්භයකින් මනිනු ලබන සිදුවීම් සංඛ්‍යාව බොහෝ විට ප්‍රමාණවත් නොවන අතර, අඩු සංඛ්‍යාත ආලෝක ප්‍රභව විශ්වාසනීය සංඛ්‍යාලේඛන ලබා ගැනීමට ප්‍රමාණවත් නොවේ. ඒ සමගම, අඩු ෆෝටෝන ප්රවාහයක් සහිත ආලෝක ප්රභවයක් සීමිත නිරාවරණ කාලය තුළ ක්ෂුද්ර රූපවල සංඥා-ශබ්ද අනුපාතය අඩු කරනු ඇත. අඛණ්ඩ ගවේෂණ සහ අත්හදා බැලීම් හරහා, පර්යේෂකයන් ඉහළ පුනරාවර්තන සංඛ්‍යාත ආන්තික පාරජම්බුල කිරණවල අස්වැන්න ප්‍රශස්තකරණය සහ සම්ප්‍රේෂණ සැලසුමෙහි බොහෝ වැඩිදියුණු කිරීම් සිදු කර ඇත. ඉහළ පුනරාවර්තන සංඛ්‍යාත ආන්තික පාරජම්බුල ආලෝක ප්‍රභවය සමඟ ඒකාබද්ධ වූ උසස් වර්ණාවලි විශ්ලේෂණ තාක්‍ෂණය ද්‍රව්‍ය ව්‍යුහයේ සහ විද්‍යුත් ගතික ක්‍රියාවලියේ ඉහළ නිරවද්‍යතාවය මැනීම සඳහා භාවිතා කර ඇත.

කෝණික නිරාකරණය කරන ලද ඉලෙක්ට්‍රෝන වර්ණාවලීක්ෂ (ARPES) මිනුම් වැනි ආන්තික පාරජම්බුල ආලෝක ප්‍රභවවල යෙදීම්වලට නියැදිය ආලෝකමත් කිරීමට ආන්තික පාරජම්බුල කිරණ කදම්භයක් අවශ්‍ය වේ. නියැදියේ මතුපිට ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන ආන්තික පාරජම්බුල කිරණ මගින් අඛණ්ඩ තත්ත්වයට උද්දීපනය වන අතර ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝනවල චාලක ශක්තිය සහ විමෝචන කෝණය නියැදියේ කලාප ව්‍යුහ තොරතුරු අඩංගු වේ. කෝණ විභේදන ශ්‍රිතය සහිත ඉලෙක්ට්‍රෝන විශ්ලේෂකය විකිරණ ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන ලබා ගන්නා අතර නියැදියේ සංයුජතා කලාපය අසල කලාප ව්‍යුහය ලබා ගනී. අඩු පුනරාවර්තන සංඛ්‍යාත ආන්තික පාරජම්බුල ආලෝක ප්‍රභවයක් සඳහා, එහි තනි ස්පන්දනයේ ෆෝටෝන විශාල සංඛ්‍යාවක් අඩංගු වන බැවින්, එය කෙටි කාලයක් තුළ නියැදි පෘෂ්ඨයේ ඇති ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන විශාල සංඛ්‍යාවක් උද්දීපනය කරනු ඇති අතර, Coulomb අන්තර්ක්‍රියා ව්‍යාප්තිය බරපතල ලෙස පුළුල් කරනු ඇත. ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන චාලක ශක්තියේ, එය අභ්‍යවකාශ ආරෝපණ ආචරණය ලෙස හැඳින්වේ. අභ්‍යවකාශ ආරෝපණ ආචරණයේ බලපෑම අවම කිරීම සඳහා, නියත ෆෝටෝන ප්‍රවාහය පවත්වා ගනිමින් එක් එක් ස්පන්දනයෙහි අඩංගු ප්‍රකාශ ඉලෙක්ට්‍රෝන අඩු කිරීම අවශ්‍ය වේ, එබැවින් එය ධාවනය කිරීම අවශ්‍ය වේ.ලේසර්අධික පුනරාවර්තන සංඛ්‍යාතයක් සහිත ආන්තික පාරජම්බුල ආලෝක ප්‍රභවයක් නිපදවීමට ඉහළ පුනරාවර්තන සංඛ්‍යාතයක් සමඟ.

අනුනාද වැඩිදියුණු කළ කුහර තාක්‍ෂණය MHz පුනරාවර්තන සංඛ්‍යාතයේදී ඉහළ අනුපිළිවෙලෙහි හාර්මොනික්ස් උත්පාදනය සාක්ෂාත් කරයි
60 MHz දක්වා පුනරාවර්තන වේගයක් සහිත ආන්තික පාරජම්බුල කිරණ ප්‍රභවයක් ලබා ගැනීම සඳහා, එක්සත් රාජධානියේ බ්‍රිතාන්‍ය කොලොම්බියා විශ්ව විද්‍යාලයේ ජෝන්ස් කණ්ඩායම ප්‍රායෝගිකව ළඟා කර ගැනීම සඳහා femtosecond resonance enhancement cavity (fsEC) තුළ ඉහළ අනුනාද උත්පාදනය සිදු කරන ලදී. ආන්තික පාරජම්බුල කිරණ ප්‍රභවය සහ එය කාලය-විසඳන ලද කෝණික විසර්ජන ඉලෙක්ට්‍රෝන වර්ණාවලීක්ෂ (Tr-ARPES) අත්හදා බැලීම් සඳහා යොදන ලදී. ආලෝක ප්‍රභවයට 8 සිට 40 eV ශක්ති පරාසයක 60 MHz පුනරාවර්තන වේගයකින් තත්පරයකට ෆෝටෝන සංඛ්‍යා 1011 ට වඩා වැඩි ෆෝටෝන ප්‍රවාහයක් එක් හාර්මොනික් සමඟ ලබා දීමට හැකියාව ඇත. ඔවුන් fsEC සඳහා බීජ ප්‍රභවයක් ලෙස ytterbium මාත්‍රණය කළ ෆයිබර් ලේසර් පද්ධතියක් භාවිතා කළ අතර වාහක ලියුම් කවරයේ ඕෆ්සෙට් සංඛ්‍යාත (fCEO) ශබ්දය අවම කිරීමට සහ ඇම්ප්ලිෆයර් දාමයේ අවසානයේ හොඳ ස්පන්දන සම්පීඩන ලක්ෂණ පවත්වා ගැනීමට අභිරුචි ලේසර් පද්ධති සැලසුමක් හරහා ස්පන්දන ලක්ෂණ පාලනය කළහ. FsEC තුළ ස්ථායී අනුනාද වැඩි දියුණුවක් ලබා ගැනීම සඳහා, ඔවුන් ප්‍රතිපෝෂණ පාලනය සඳහා සර්වෝ පාලන ලූප තුනක් භාවිතා කරයි, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස නිදහසේ අංශක දෙකකින් සක්‍රීය ස්ථායීකරණය සිදුවේ: fsEC තුළ ස්පන්දන බයිසිකල් පැදීමේ වට චාරිකා කාලය ලේසර් ස්පන්දන කාලයට ගැලපේ, සහ අදියර මාරුව ස්පන්දන ලියුම් කවරය සම්බන්ධයෙන් විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍ර වාහකයේ (එනම්, වාහක ලියුම් කවර අදියර, ϕCEO).

ක්‍රිප්ටෝන් වායුව ක්‍රියා කරන වායුව ලෙස භාවිතා කිරීමෙන්, පර්යේෂක කණ්ඩායම fsEC හි ඉහළ පෙළේ හාර්මොනික්ස් උත්පාදනය කර ඇත. ඔවුන් ග්‍රැෆයිට්වල Tr-ARPES මිනුම් සිදු කළ අතර වේගවත් තාපනය සහ පසුව තාප උත්තේජක නොවන ඉලෙක්ට්‍රෝන ජනගහන මන්දගාමී ප්‍රතිසංයෝජනය මෙන්ම 0.6 eV ට වඩා වැඩි ෆර්මි මට්ටමට ආසන්නව තාපයෙන් සෘජුවම උද්යෝගිමත් නොවන ප්‍රාන්තවල ගතිකතාවයන් නිරීක්ෂණය කළහ. මෙම ආලෝක ප්රභවය සංකීර්ණ ද්රව්යවල ඉලෙක්ට්රොනික ව්යුහය අධ්යයනය කිරීම සඳහා වැදගත් මෙවලමක් සපයයි. කෙසේ වෙතත්, fsEC හි ඉහළ පෙළේ හාර්මොනික්ස් උත්පාදනය පරාවර්තනය, විසරණ වන්දි, කුහරයේ දිග මනාව ගැලපීම සහ සමමුහුර්ත කිරීමේ අගුලු දැමීම සඳහා ඉතා ඉහළ අවශ්‍යතා ඇත, එය අනුනාද-වැඩිදියුණු කළ කුහරයේ වැඩිදියුණු කිරීමේ ගුණාකාරයට බෙහෙවින් බලපානු ඇත. ඒ අතරම, කුහරයේ කේන්ද්‍රස්ථානයේ ඇති ප්ලාස්මාවේ රේඛීය නොවන අදියර ප්‍රතිචාරය ද අභියෝගයකි. එබැවින්, වර්තමානයේ, මෙවැනි ආලෝක ප්රභවයක් ප්රධාන ධාරාවේ අන්ත පාරජම්බුල බවට පත් වී නැතඉහළ හාර්මොනික් ආලෝක ප්රභවයක්.