Una tecnica chiamata spettroscopia di fotoemissione risolta in tempo e angolo (TR-ARPES) è emersa come un potente strumento, consentendo ai ricercatori di esplorare l'equilibrio e le proprietà dinamiche dei materiali quantistici attraverso l'interazione luce-materia.

Pubblicato in Review of Modern Physics , un recente articolo di revisione del professor Fabio Boschini dell'Institut national de la recherche scientifique (INRS), insieme ai colleghi Marta Zonno della Canadian Light Source (CLS) e Andrea Damascelli dello Steward Blusson Quantum Matter Institute (QMI) dell'UBC, illustra che TR -ARPES è rapidamente maturato fino a diventare una tecnica potente negli ultimi due decenni.

"TR-ARPES è una tecnica efficace non solo per studi fondamentali ma anche per caratterizzare le proprietà fuori equilibrio dei materiali quantistici per applicazioni future", afferma il professor Boschini, specializzato in spettroscopie ultraveloci di materia condensata, presso l'Énergie Matériaux Télécommunications Research Centro.

Uno strumento rivoluzionario per la ricerca sui materiali quantistici

Il nuovo articolo fornisce una revisione completa della ricerca che utilizza TR-ARPES e il suo significato in evoluzione nell'esplorazione della dinamica degli elettroni indotti dalla luce e delle transizioni di fase in un'ampia gamma di materiali quantistici.

"La comunità scientifica sta attualmente studiando nuove 'manopole di regolazione' per controllare su richiesta le proprietà elettroniche, di trasporto e magnetiche dei materiali quantistici. Una di queste 'manopole di regolazione' è l'interazione luce-materia, che promette di fornire un controllo preciso della proprietà dei materiali quantistici su scale temporali ultraveloci", afferma il professor Boschini, che è anche un ricercatore affiliato al QMI.

"TR-ARPES è la tecnica ideale per questo scopo poiché fornisce una visione diretta di come l'eccitazione della luce modifica gli stati elettronici con la risoluzione del tempo, dell'energia e della quantità di moto."

"TR-ARPES ha inaugurato una nuova era nella ricerca sui materiali quantistici, permettendoci di 'bussare al sistema' e osservare come risponde, e spingendo i materiali fuori dall'equilibrio per scoprire le loro proprietà nascoste", aggiunge Andrea, direttore scientifico di Blusson QMI. Damascelli.

La collaborazione al centro del successo di TR ARPES

TR-ARPES combina la spettroscopia della materia condensata (ARPES) con i laser ultraveloci (fotonica), riunendo gruppi di ricerca di entrambi i campi. La tecnica deve gran parte del suo successo ai progressi significativi nello sviluppo di nuove sorgenti laser in grado di produrre luce con caratteristiche precise.

Boschini sta lavorando a stretto contatto sull’argomento con il professor François Légaré, professore ordinario dell’INRS ed esperto in scienza e tecnologia dei laser ultraveloci. Insieme, i gruppi di Boschini e Légaré hanno costruito e gestiscono una stazione terminale TR-ARPES all'avanguardia con capacità uniche di eccitazione intensa a lunga lunghezza d'onda presso il laboratorio Advanced Laser Light Source (ALLS).

"Grazie al sostegno della Canada Foundation for Innovation (CFI), dei governi del Québec (MEIE) e del Canada, e di LaserNetUS, nonché al recente programma CFI Major Science Initiatives, siamo ora nella posizione privilegiata di aprire il TR -Stazione terminale ARPES presso ALLS per utenti nazionali e internazionali", afferma il professor Légaré, direttore del Centro di ricerca sulle énergie matériaux Télécommunications presso l'INRS e responsabile scientifico di ALLS.

Secondo il professor Boschini, TR-ARPES è ormai una tecnica matura e di comprovato impatto in vari rami della fisica e della chimica. "Ulteriori sviluppi sperimentali e teorici, simili a quello che stiamo facendo presso ALLS, suggeriscono che si prospettano tempi ancora più entusiasmanti", conclude.