Fontos új felfedezést közölt az úgynevezett alagúthatással kapcsolatban az ELKH Wigner Fizikai Kutatóközpont (Wigner FK) Dombi Péter által vezetett Ultragyors Nanooptika Lendület Kutatócsoportja. A kísérletek során a kutatóknak sikerült nagyságrendekkel megnövelni az alkalmazott lézerfény elektromos terét, ezáltal az alagúthatásnak egy új megnyilvánulását tudták kimutatni. Az eredmények többek között hozzájárulhatnak új nanooptikai eszközök létrehozásához vagy innovatív elektronforrások kialakításához, az erről szóló tanulmány a Nano Letters című vezető nemzetközi nanotudományi folyóiratban jelent meg.

Az alagúthatás fontos velejárója a kvantummechanikai jelenségeknek, amelyek forradalmasították a fizikát a huszadik században. Lényege, hogy egy elektron akkor is képes áthatolni egy előtte álló akadályon ‒ úgynevezett potenciálgáton ‒, ha a klasszikus fizika szabályai szerint nincs hozzá elegendő energiája. A jelenséget először az 1920-as években említették, ezt követően számos tudós foglalkozott vele. Az elmúlt hetven-nyolcvan évben összesen öt Nobel-díjat osztottak ki olyan kutatóknak, akik munkájuk során az alagúthatással kapcsolatos eredményt értek el, vagy hozzá kapcsolódó gyakorlati alkalmazást fejlesztettek ki. Ilyen volt például a pásztázó alagútmikroszkóp megalkotása, amellyel nanométeres pontossággal lehet különböző felületeket vizsgálni.

A Wigner FK kutatói a kísérletekhez használt lézer beállításán dolgoznak

Az alagúthatást korszerű lézerekkel is el lehet érni. A Wigner FK munkatársai kísérleteikhez olyan lézerfényt használtak, amelyben a lézernyaláb átmérője egy átlagos hajszál huszadrésze. A lézerfény energiájának térbeli koncentrációját a kutatók egy a mintán jelen lévő arany nanorészecskék által okozott nanooptikai jelenség segítségével növelték tovább. A folyamat során sikerült nagyságrendekkel megnövelni a lézerfény elektromos terét, ezáltal az alagúthatásnak egy új megnyilvánulását tudták kimutatni. A kutatók által vizsgált tartományban az elektronok részben a kvantummechanika szabályai szerint viselkednek, vagyis alagutazni tudnak egy előttük álló falon (potenciálgáton) keresztül, ugyanakkor olyan tulajdonságokat is mutatnak, amelyek alapján hagyományos viselkedésükre lehet következtetni.

Elektronok kilépése arany nanorészecskék felületéről ultrarövid lézerfény-felvillanások hatására

A Wigner FK fizikusainak új eredménye és további alapkutatási munkája segít a nemzetközi kutatóközösségnek jobban eligazodni az alagúteffektushoz kapcsolódó jelenségkörben. Ezzel megkönnyítik a gyakorlati felhasználást, például a nanooptikai eszközök létrehozását vagy akár olyan elektronforrások kialakítását is, ahol a kibocsátott elektroncsomag időtartama a másodperc milliomodrészének a milliárdodrésze. Ezek az alkalmazások forradalmasíthatják a fizikai és kémiai kutatásokat, és elvezethetnek az elektronmikroszkópok új generációjának létrehozásához is.