Команда Техниона под руководством физика Майкла Крюгера научилась менять направление туннельного тока в сканирующем туннельном микроскопе с помощью двухцветных инфракрасных лазерных импульсов. Исследование опубликовали 30 сентября 2026 года в Nature Photonics, а 23 октября о результате сообщил Технион через Phys.org.

В эксперименте электроны проходили через зазор между острым металлическим наконечником микроскопа и образцом. Исследователи меняли задержку между двумя цветовыми компонентами импульса. Из-за этого менялась форма световой волны внутри одного оптического цикла, и электроны двигались либо от наконечника к образцу, либо в обратном направлении.

Как свет задаёт направление электронному току

Туннелирование позволяет электрону преодолеть энергетический барьер между наконечником и поверхностью, даже если в классической картине ему не хватает энергии для такого перехода. В этом эксперименте световое поле облегчало прохождение через зазор, ускоряло электрон и направляло его к поверхности. Авторы связали процесс с трехэтапным переносом в режиме неадиабатического туннелирования. Это означает, что движение электрона меняется быстрее, чем система успевает перестроиться вслед за световым полем.

Два колебания можно представить как волны, наложенные друг на друга. Если немного изменить положение одной волны относительно другой, общий сигнал в определенный момент станет сильнее в одном направлении, а затем в противоположном. В эксперименте таким смещением была задержка между двумя цветами лазера. Это условный пример для объяснения принципа, а не отдельный опыт исследователей.

Исследователи сопоставили измерения с одноэлектронными и многочастичными теоретическими моделями. Такой анализ показал, что всплеск тока длился 860 аттосекунд. Аттосекунда равна одной миллиардной миллиардной доли секунды. Это значение не измеряли напрямую осциллографом, его получили по согласованию экспериментальных данных с теорией.

Изменение задержки между двумя цветами помогло отделить сверхбыстрый ток от сигналов, связанных с нагревом лазером. Микроскоп работал при комнатной температуре и в воздухе, сохраняя боковое разрешение около 2 нм и способность фиксировать изменения высоты поверхности менее ангстрема. Поэтому исследователи смогли определить направление движения электронов и одновременно различать нанометровые детали поверхности.

Результат показывает, как можно управлять током в очень маленьком зазоре, не отказываясь от пространственной точности сканирующего туннельного микроскопа. Возможное применение для запуска и наблюдения сверхбыстрой динамики зарядов авторы относят к будущим исследованиям, а не к уже готовой технологии. При подготовке научных статей подобные ограничения важно отделять от непосредственно измеренных результатов.

Схема показывает зазор между наконечником и образцом, изменение задержки двух лазерных компонент, направление туннельного тока и теоретическую оценку длительности всплеска

Фото: Public Domain Pictures / Pexels