光学和光子学

光与物质的相互作用发生了新的变化

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-20 18:14

美国的物理学家已经表明,以一定角度撞击导电金属表面的光会导致金属中的自由电子根据与光子的周围环境而向与光子相同的方向或相反的方向移动。马里兰州国家标准与技术研究院(NIST)的Jared Strait和一组研究人员通过涉及薄金膜的简化实验观察了方向变化。他们的观察揭示了我们在微观尺度上光与金

  美国的物理学家已经表明,以一定角度撞击导电金属表面的光会导致金属中的自由电子根据与光子的周围环境而向与光子相同的方向或相反的方向移动。马里兰州国家标准与技术研究院(NIST)的Jared Strait和一组研究人员通过涉及薄金膜的简化实验观察了方向变化。他们的观察揭示了我们在微观尺度上光与金属相互作用的知识上存在巨大差距。

光与物质的相互作用发生了新的变化

  当前,物理模型通过经典的电动力学框架解释了光和导电金属之间的相互作用。在这些所谓的“光子拖曳”效应模型中,当光子转移到材料的自由电子时,以一定角度撞击金属表面的光子的动量得以保留,从而将其沿与入射光相同的方向向前推动。但是,最近的许多实验都与该想法相矛盾,观察到的电流沿入射光的相反方向流动,这表明光子正在将电子向后拉。

  Strait的团队旨在通过高度简化的实验来重新创建这些违反直觉的结果。他们在真空中放置了均匀的金膜,其中包含经典的类德鲁德电子。然后,薄膜一端的电极指示其电压,随后指示由光子拖曳效应引起的电子流的性质。在用不同角度的偏振光撞击薄膜后,研究小组观察到电极吸收的电压大小与目前的理论模型一致。但是,他们还发现电子完全以错误的方向流动。

  NIST研究人员随后将胶片暴露在环境空气中重复了该实验。这次,他们再现了当前理论所预测的电子流向,这证实了这些理论并非简单地基于不一致的实验结果。相反,由光子拖曳效应产生的电子电流的方向似乎完全取决于金属的周围环境。

  这与该效应的经典解释完全矛盾,并且表明微观尺度上的行为比以前意识到的要复杂得多。物理学家认为,这些与环境有关的方向变化可能是由于入射光子不仅作用于金属中的自由电子,而且作用于仍与金属离子结合的核心电子。但是,他们承认这个想法完全是推测性的。

  目前,他们观察的基础过程仍然是个谜,但是海峡研究小组现在希望在不同的金属以及入射光的不同偏振下重现其结果。最终,他们希望这些努力将使他们能够构建光子拖曳效应中动量传递的更新模型,从而有可能为轻金属相互作用提供新的微观理论。

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