国际研究小组首次确定光电效应的绝对持续时间

光电效应为太阳能和全球通信提供了基础；Albert Einstein在一个多世纪前就描述了它。德国慕尼黑理工大学（TUM）、马克斯-普朗克量子光学研究所（MPQ）和维也纳技术大学（TU）的科学家们现在首次测量了光吸收和由此产生的固体释放光电子的绝对持续时间。

当固体被X射线照射时，电子从其上分离并向表面移动。但是这需要多长时间？这个问题是由来自萨尔茨堡省的德国慕尼黑理工大学激光和X射线物理学主席Reinhard Kienberger教授领导的国际研究小组正在研究调查的。这是因为在过去，只能确定电子的方向和能量。以前，电子的路径，例如通过晶体的路径，由于其微观尺寸和极短的过程持续时间而不能被观察到。

Kienberger的研究小组已经开发出一种测量方法，可以测定X射线光子和电子发射之间的时间。图片来源：德国慕尼黑理工大学。

然而，国际研究小组开发了一种新的测量方法，允许研究人员确定X射线光子吸收和电子发射之间的时间。为了这个目的，物理学家将单个的碘原子“粘合”在钨晶体上，并将其暴露于X射线闪烁中，从而触发光电效应。因为碘原子对X射线的反应非常快，所以它们用作光和电子秒表。

为了提高测量的精度，这些秒表随后用最近开发的绝对参考在进一步的实验中校准。“这允许以几个阿秒的精度测定晶体中光电子的发射，”Reinhard Kienberger说。一阿秒是十亿分之一秒。测量表明，从钨晶体中产生的光电子大约在40阿秒内产生，大约是预期的两倍。这是由于某些颜色的光主要与钨晶体最高能级的原子相互作用。

在实验中还观察到另一个有趣的效应：来自晶体表面原子的电子释放得更快。当被X射线照射时，它们立即释放电子而没有可测量的延迟。德国慕尼黑理工大学的研究人员总结道，这对于制造用于自由电子激光器的特别快速的光电阴极是很有趣的，因为他们现在知道如何加速或操纵光子-电子转换。

此外，新方法还可以用于研究复杂分子在表面的行为，这是很有前途的方法，例如开发创新的新太阳能电池。随着这些迄今未知的光化学过程的知识，相关的技术应用现在可以进一步优化。

这项研究发表在《自然Nature》杂志上。

来源：https://phys.org/news/2018-09-absolute-duration-photoelectric-effect.html