Forskare vid EPFL har utvecklat en metod för att mäta durationen av ultrasnabb kvantprocesser utan extern klocka. Genom att analysera förändringar i elektronspin vid fotoemission fann de att övergångstider varierar kraftigt beroende på materialets atomstruktur. Enklare strukturer ger längre förseningar, från 26 till över 200 attosekunder.
Fysiker har länge brottats med att mäta tid på kvantskala, där händelser som elektronövergångar sker på attosekunder —10^{-18} sekunder. Traditionella metoder använder externa klockor som kan störa känsliga kvantprocesser. Som professor Hugo Dil vid EPFL noterar: «Det centrala problemet är tidens allmänna roll i kvantmekaniken, och särskilt tidsökningen kopplad till en kvantövergång.»/n/nFör att lösa detta använde Dils team kvantinterferens-tekniker och undvek externa tidtagare. De använde spin- och vinkelupplöst fotoemissionsspektroskopi (SARPES), där synkrotronljus exciterar elektroner i ett material så att de lämnar det med spininformation. Denna spin kodar övergångstiden från initiala till finala energitillstånd vid fotonabsorption./n/nFörsta författaren Fei Guo förklarar: «Dessa experiment kräver ingen extern referens eller klocka och ger tidsökningen som krävs för elektronens vågfunktion att utvecklas från ett initialt till ett finalt tillstånd med högre energi vid fotonabsorption.»/n/nForskarna testade material med varierande atomgeometrier: tredimensionellt koppar, skiktat titandiselenid (TiSe₂) och titanditellurid (TiTe₂), samt kedjeformigt koppartellurid (CuTe). I koppar var övergången cirka 26 attosekunder. Skiktmaterial visade förseningar på 140 till 175 attosekunder, medan CuTe översteg 200 attosekunder. Resultaten visar att strukturer med lägre symmetri förlänger kvantövergångar./n/nDil betonar den bredare betydelsen: «Förutom att ge grundläggande information om vad som bestämmer tidsfördröjningen vid fotoemission ger våra experimentella resultat ytterligare insikter i vilka faktorer som påverkar tid på kvantnivå.»/n/nStudien, publicerad i Newton (DOI: 10.1016/j.newton.2025.100374), involverade samarbetspartners från institutioner inklusive Paul Scherrer Institut och University of Tokyo. Denna metod kan hjälpa till att utforma material med precisa kvantegenskaper för framtida teknologier.
