Ricercatori dell'Università di Jyväskylä in collaborazione con gruppi di ricerca in Italia, Inghilterra e Germania hanno sviluppato un nuovo metodo per studiare le interazioni tra gli elettroni nei solidi e le molecole. "Questo metodo è stato applicato per studiare le proprietà dei metalli e ha risolto alcuni problemi aperti di lunga data, "dice Robert van Leeuwen, Professore all'Università di Jyväskylä.
Misurare le interazioni degli elettroni usando la luce
La luce brillante sulla materia solida emette elettroni. Questo è noto come effetto fotoelettrico. L'emissione è causata dall'energia della luce che viene trasferita agli elettroni e che fornisce loro energia sufficiente per lasciare il solido. Quando gli elettroni lasciano il solido, parte di questa energia viene persa a causa delle interazioni con altri elettroni. Misurando le energie e le velocità degli elettroni emessi, queste perdite possono essere utilizzate per determinare importanti proprietà dell'interazione tra gli elettroni. Sperimentalmente, queste informazioni sono raccolte nella cosiddetta funzione spettrale o spettro di fotoemissione, che dà la probabilità di una certa perdita di energia per una data velocità. Il calcolo di questa funzione spettrale è una grande sfida per i teorici in quanto richiede uno studio dettagliato delle interazioni tra le particelle. Questo è noto come il "problema delle molte particelle".
Nuovi modi di studiare le interazioni tra molte particelle
I metodi teorici esistenti per studiare le interazioni tra molte particelle si basano sul raggruppamento di determinati processi di collisione tra gli elettroni che contribuiscono allo spettro di fotoemissione. A causa della difficoltà del problema delle molte particelle, questo non può essere fatto esattamente, e devono essere utilizzate approssimazioni. Però, il metodo standard ha portato a difficoltà teoriche, poiché l'inclusione di processi di collisione più complicati ha fornito contributi con probabilità negative. "Un nuovo metodo teorico è stato sviluppato per risolvere questo risultato non fisico, " dice Robert van Leeuwen. Il metodo è stato applicato per calcolare lo spettro di fotoemissione di metalli semplici e si è ottenuto un ottimo accordo con l'esperimento. Tra le altre cose, è stato riscontrato che le perdite di energia ai plasmoni, una specie di onda sonora in un liquido di elettroni, sono stati descritti correttamente.
