Các điện tử (electrons) rất khó điều khiển và luôn luôn chuyển động nên các nhà khoa học chỉ có thể gắn kết vị trí và sự chuyển động của chúng bên trong các hệ thống lượng tử. Nói cách khác, chúng hoàn toàn không dễ bị nắm bắt. Tuy nhiên, mới đây các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Kỹ thuật TU Wien (Úc) và Trường Đại học Erlangen-Nuremberg (Đức) cho biết họ đã phát triển được một phương pháp giúp kiểm soát một số hạt nguyên tử khó nắm bắt.

Hệ thống này bao gồm hai xung laser khác nhau nên nó có thể đóng mở rất nhanh luồng điện tử trong thời gian rất ngắn nên nó có khả năng kiểm soát chính xác sự phát xạ các điện tử thông qua một đầu dò kim loại siêu nhỏ của một kính hiển vi điện tử với độ chính xác cao hơn rất nhiều so với trước đây.

Trong thông cáo báo chí, Christoph Lemell, một chuyên gia nghiên cứu tại TU Wien cho biết: “Ý tưởng này giống với một cái cột thu lôi. Điện trường xung quanh đầu kim cột thu lôi luôn ở trạng thái mạnh nhất. Đó chính là lý do tại sao sét luôn đánh vào đầu nhọn của cột thu lôi, và cũng vì lý này, các điện tử tụ lại ở phần đầu nhọn của cột”.

Sự kết hợp hai xung laser và một đầu nhọn kim loại siêu nhỏ có kích thước chỉ vài nanomet có thể cho phép các nhà nghiên cứu kiểm soát được các điện tử trong không gian và thời gian. Hai xung laser khác nhau này sáng ở phần đầu chóp kim loại. Màu sắc của hai xung laser này được lựa chọn sao cho các photon của một laser này có độ chính xác gấp hai lần năng lượng so với photon của laser kia và nó rất quan trọng để bảo đảm rằng cả hai sóng ánh sáng đều dao động trong trạng thái đồng phương tương tính (synchronicity).

Các nhà khoa học giả thuyết thời gian trễ giữa hai xung laser này sẽ hoạt động như một công tắc, bật và tắt sự phát xạ của các điện tử và các thí nghiệm đã chứng minh lý thuyết đúng. Photon từ hai xung laser này cung cấp các điện tử theo hai cách để có thể thu được năng lượng cần thiết để tụ lại đầu chóp kim loại của kính hiển vi điện tử. Một điện tử nào đó có thể nhảy bằng cách hấp thụ 4 điện tử từ một xung năng lượng thấp hoặc một photon từ laser năng lượng cao và hai photon từ xung năng lượng thấp.

Quá trình này gần giống với một hạt trong một thử nghiệm nhát rãnh cắt, các hạt sẽ dịch chuyển trên hai rãnh khác nhau ở cùng một thời điểm. Các điện tử này có thể tham gia và hai quá trình khác nhau ở cùng một thời điểm. Ở trạng thái tự nhiên không phải lựa chọn một trong hai khả năng này bởi vì cả hai trạng thái đều như nhau và giao thoa lẫn nhau.

Các nhà khoa học có thể điều chỉnh laser này để điều khiển một trong hai quá trình vật lý lượng tử để làm tăng phát xạ điện tử hoặc tăng giao thoa lượng tử do đó có thể dễ dàng kiểm soát phát xạ điện tử.

Kỹ thuật mới này có thể dùng điều chỉnh phát xạ tia X

“Nó không chỉ là một phương pháp mới dùng để thực hiện các thí nghiệm với các điện tử năng lượng cao, mà công nghệ mới sẽ mở ra cánh cửa để kiểm soát sự phát xạ tia X. Việc cải tiến các nguồn tia X đang được nghiên cứu dựa trên các mảnh của đầu dò bằng kim loại siêu nhỏ làm các nguồn điện tử. Với phương pháp mới này, các đầu chóp kích cơ nano này có thể kích hoạt một cách chính xác do đó sản sinh được các tia X phát xạ liền mạch”, Lemell nói.

Công trình nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters mới đây.