シュトゥットガルト大学の研究者たちは、電子の動きをスローモーションで可視化する画期的な量子顕微鏡法を開発しました。これはこれまで達成できなかった偉業です。機能性物質および量子技術研究所（FMQ）のマネージングディレクターであるセバスチャン・ロス教授は、この革新が固体中の電子挙動に関する長年の疑問を解決するものであり、新材料の開発に大きな影響を与えると説明しています。
金属、絶縁体、半導体のような従来の材料では、原子レベルの変化は巨視的な特性に影響を与えません。しかし、実験室で作られた高度な材料では、わずかな原子修飾で絶縁体から超伝導体へと劇的に特性が変化することがあります。これらの変化はピコ秒以内に発生し、原子スケールでの電子の動きに直接影響を与えます。
ロス教授のチームは、ニオブとセレンの材料に1ピコ秒の電気パルスを加えることで、電荷密度波における電子の集団運動を研究し、これらの急速な変化を観察することに成功しました。彼らは、単一の不純物がどのようにしてこの集団運動を妨げ、ナノメートルサイズの歪みを電子の集団に送り込むかを発見しました。この研究は、シュトゥットガルトとハンブルクのマックス・プランク研究所での以前の研究に基づいています。
不純物がどのように電子の動きを停止させるかを理解することは、特定の特性を持つ材料のターゲット開発を可能にし、センサーや電子部品の超高速スイッチング材料の作成に役立つ可能性があります。ロス教授は、原子レベルでの設計が巨視的な材料特性に与える影響の可能性を強調しています。
この革新的な顕微鏡法は、走査型トンネル顕微鏡を用いて原子レベルの解像度を提供し、超高速ポンプ・プローブ分光法を組み合わせることで、高い空間分解能と時間分解能の両方を実現しています。この実験セットアップは非常に高感度であり、振動、騒音、および環境変動からのシールドが必要で、極めて弱い信号を測定します。チームが最適化した顕微鏡は、毎秒4100万回の実験を繰り返すことができ、高品質な信号を確保しており、この分野の先駆者となっています。
