เป็นเวลาเนินนานที่นักวิจัยสนใจที่จะศึกษาปรากฏการณ์ต่างๆที่เกิดขึ้นในระดับอนุภาคเพื่อทำนายคุณสมบัติของวัสดุ แต่ก็ไม่อาจทำได้เนื่องจากข้อจำกัดทางเทคโนโลยีมากมาย จนในวันนี้นักวิจัยสามารถทำการวัดการสั่นของอิเล็กตรอนที่แม่นยำที่สุดที่เคยทำมา เมื่ออะตอมของธาตุถูกกระตุ้นด้วยแสงในย่านอินฟาเรด

นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการเครื่องเร่งอนุภาคแห่งชาติ SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory) ได้เตรียมการทดลองเพื่อศึกษาการสั่นของอิเล็กตรอนเมื่อโลหะถูกกระตุ้นด้วยแสงด้วยแหล่งกำเนิดแสงแบบ Linac Coherent โดยในการทดลองนักวิทยาศาสตร์ได้เลือกใช้แสงในย่านอินฟาเรด ฉายลงบนแผ่นฟิล์มบางของ iron selenide เมื่อแผ่นโลหะดังกล่าวได้รับการกระตุ้นจากแสงอินฟาเรด จะทำให้อะตอมของ selenium หลุดออกมาจากอะตอมของ iron และทำให้ระดับพลังงานในวงโคจรของอิเล็กตรอนเกิดการเปลี่ยนแปลง ส่งผลให้อิเล็กตรอนเกิดการเปลี่ยนระดับพลังงานหรือเกิดการสั่นขึ้นมาคล้ายกับการเต้นรำของอิเล็กตรอน

เพื่อทำการบันทึกภาพการสั่นของอิเล็กตรอน นักวิจัยได้เลือกใช้กล้องบันทึกวิดิโอที่สามารถบันทึกได้ที่ความเร็วถึง 100 ล้านๆเฟรมต่อวินาทีสองตัวมาทำการจับภาพการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและการสั่นของอะตอมอย่างละตัว ซึ่งภาพที่ได้ทำให้เห็นการแกว่งของอะตอมและอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นพร้อมๆกัน คล้ายกับคลื่นนิ่งสองขบวนที่ซ้อนทับกัน

ซึ่งผลที่ได้จากการศึกษาครั้งนี้จะช่วยบอกเราให้รู้ถึงสมบัติที่ซ่อนอยู่ในวัสดุ ยกตัวอย่างเช่น iron selenide ที่จัดอยู่ในกลุ่มของวัสดุ exotic อย่างตัวนำยวดยิ่ง (superconductivity) ซึ่งเป็นวัสดุที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้โดยไม่มีความต้านทานเลย โดยทั่วไปแล้วนั้นสมบัติความเป็นตัวนำยวดยิ่งจะเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิ -100 องศาเซลเซียสลงไป แต่นักวิจัยกลับพบว่า iron selenide อาจแสดงสมบัติความเป็นตัวนำยิ่งยวดได้ที่อุณหภูมิสูงซึ่งได้จากการสังเกตการสั่นของอิเล็กตรอนโดยกลไกของการเกิดสภาพนำยวดยิ่งเกิดจากการดึงดูดกันของอิเล็กตรอนสองตัวภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสม โดยอันตรกิริยาแบบดึงดูดระหว่างอิเล็กตรอนสองตัวภายในตัวนำยวดยิ่ง จะอาศัยการสั่นของอะตอม (โฟนอน) เป็นสื่อกลางในการจับคู่อิเล็กตรอนเข้าหากันโดยในช่วง 10 ปีหลังมานี้ตัวนำยวดยิ่งชนิดมีโลหะเป็นองค์ประกอบเป็นสิ่งที่นักวิจัยต่างสนใจที่จะศึกษาเป็นอย่างมาก และผลจากการทดลองในครั้งนี้จะช่วยทำให้เราเข้าใจวัสดุประเภทนี้มากขึ้นไปอีก

ที่มา http://www.iflscience.com/physics/first-direct-look-at-how-electrons-move-in-sync-with-vibrating-atoms/
เรียบเรียงโดย @MrVop