Что такое свет и из чего он состоит? Это извечный вопрос, восходящий к древности, и одно из самых важных исследований, предпринятых учеными, стремящимися понять природу реальности.

Вопрос о том, что представляет собой свет — форма энергии, которая, отражаясь от объектов, позволяет нам видеть мир, — привел к таким бурным дебатам и обсуждениям в научном сообществе, что породил совершенно новую область: квантовую механику.

В основе споров о природе света лежит еще одна загадка. То есть свет ведет себя как волна или как частица? Когда Альберт Эйнштейн в начале 20-го века предположил, что свет является по своей природе частицами (содержащим мелкие частицы, называемые фотонами), и волнообразным, многие были удовлетворены его выводами, хотя и немного обеспокоены.

Эйнштейн поддержал свою новую теорию своей работой над так называемым фотоэлектрическим эффектом, который принес ему Нобелевскую премию по физике в 1921 году. Впервые обнаруженный Генрихом Рудольфом Герцем в 1887 году, фотоэлектрический эффект описывает процесс, при котором свет вызывает выброс электронов из материала, когда на него светили.

Теперь ведущий экспериментальный подход фотоэмиссии нашел практическое применение для целого ряда технологий, особенно тех, которые зависят от обнаружения света или генерации электронного луча, таких как медицинские устройства визуализации и производство полупроводников.

Но исследователи Северо-Востока сделали открытие, которое бросает вызов тому, что мы знаем о том, как должна работать фотоэмиссия, закладывая основу для нового понимания того, как свет взаимодействует с материалами.

В статье, опубликованной в журнале Nature 8 марта, исследователи наблюдали то, что они описали как «необычные фотоэмиссионные свойства» определенного материала, титаната стронция — оксида пары химических элементов, который впервые стал широко использоваться более полувека назад, в первую очередь как имитатор бриллианта.

Экспериментально исследователи использовали титанат стронция в качестве фотокатода или инженерной поверхности, которая может преобразовывать свет в электроны посредством фотоэлектрического эффекта.

Фотокатоды также используются в фотодетекторах или сенсорных устройствах, таких как фотоумножители; они также используются в тепловизорах, полосовых камерах, усилителях изображения или усилителях изображения и преобразователях изображений.

Исторически титанат стронция игнорировался как потенциальный кандидат в фотокатоды, говорит Арун Бансил, выдающийся профессор физики Северо-Восточного университета, соавтор исследования.

«У этого материала есть много других применений и применений», — говорит Бансил.

По словам Бэнсила, используя несколько энергий фотонов в диапазоне 10 эВ (электрон-вольт), исследователи смогли получить «очень интенсивную когерентную вторичную фотоэмиссию», более сильную, чем когда-либо прежде.

«Это большое дело, потому что в нашем существующем понимании фотоэмиссии нет механизма, который мог бы произвести такой эффект», — говорит Бансил. «Другими словами, в настоящее время у нас нет никакой теории для этого, так что в этом смысле это чудесный прорыв».

Вторичная эмиссия электронов описывает явление, при котором вытесненные первичные электроны теряют энергию в результате столкновений внутри материала до выброса.

«Когда вы возбуждаете электроны, некоторые из этих электронов на самом деле выходят из твердого тела», — говорит Бансил. «Первичные электроны относятся к тем, которые не рассеялись, тогда как вторичные электроны означают, что они подверглись столкновениям до того, как вышли из твердого тела».

Группа исследователей, в которую входили ученые из Университета Вестлейк в Китае, Технологического университета Лаппеенранта-Лахти (LUT) в Финляндии и Северо-Востока, заявила, что такой результат указывает на «основные новые процессы», которые еще не изучены.

«Наблюдаемое появление когерентности во вторичной фотоэмиссии указывает на развитие лежащего в основе нового процесса поверх тех, которые включены в текущую теоретическую структуру фотоэмиссии», — пишут исследователи.

Бансил говорит, что результаты переворачивают представление ученых о процессе фотоэмиссии , открывая дверь для новых приложений в различных отраслях, которые будут использовать возможности этих сложных квантовых материалов.

«Мы все думали, что поняли основную физику, связанную с этим, до такой степени, что разработка приложений соответствует определенной парадигме теории и мышления», — говорит Бансил. «Как это часто бывает с природой, именно здесь эта статья бросает вызов всему этому».