Des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la science de la lumière (MPL) et de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ont découvert des événements statistiques extrêmes et très inhabituels dans la distribution du nombre d'électrons obtenus lorsque les pointes d'aiguilles métalliques de taille nanométrique sont éclairées. avec des impulsions ultracourtes de lumière quantique brillante.

Les résultats, récemment publiés dans la revue Nature Physics , prouvent que le nombre d'électrons est influencé par les statistiques de la lumière et contribue à une compréhension plus approfondie du processus d'émission électronique. Ces résultats contribueront à améliorer encore les microscopes électroniques.

Dans un projet collaboratif, les équipes dirigées par le professeur Maria Chekhova du MPL et le professeur Peter Hommelhoff de la FAU étudient comment une lumière quantique extrêmement puissante peut interagir avec la matière. Les chercheurs éclairent les pointes d’aiguilles métalliques de taille nanométrique avec des impulsions de lumière classique et de lumière quantique. Ils détectent les électrons libérés par le métal et étudient leurs propriétés statistiques.

Les électrons déclenchés par la lumière classique suivent une distribution poissonienne, ce qui signifie que chaque électron est émis indépendamment des autres. Le nombre d'électrons émis sous l'effet de la lumière classique ne varie que légèrement d'une impulsion à l'autre. En passant à une source de lumière quantique, appelée vide compressé brillant, qui présente de fortes fluctuations du nombre de photons, les chercheurs ont pu montrer que les statistiques des photons peuvent être transférées aux électrons.

En utilisant un vide brillant, les scientifiques ont pu mesurer des événements statistiques extrêmes avec jusqu'à 65 électrons provenant d'une impulsion lumineuse, avec une valeur moyenne de 0,27 électrons par impulsion. Dans le cas des statistiques poissoniennes, la probabilité d'un tel événement (une valeur aberrante dépassant la moyenne d'un facteur de 240) serait aussi faible que 10 ^-128 . . En modifiant le nombre de modes du vide comprimé, les scientifiques ont pu adapter la distribution du nombre d'électrons à la demande.

"Nos résultats montrent que les statistiques des photons sont imprimées depuis la lumière directrice sur les électrons émis, ouvrant la porte à de nouveaux capteurs et à une optique à champ fort avec lumière quantique et électrons", explique Maria Chekhova, responsable du groupe de recherche au MPL.

Pour illustrer les dimensions avec un exemple de la vie quotidienne, Jonas Heimerl, titulaire d'un doctorat FAU. " Si vous étalez des raisins secs sur des muffins, la probabilité de trouver un certain nombre de raisins secs dans le muffin suit une loi de Poisson. Supposons qu'il y ait une moyenne de deux raisins secs par muffin. Cela peut donc arriver qu'il n'y a pas de raisins secs ou cinq raisins secs dans le muffin, mais dans la plupart des cas, il y en aura deux. Cependant, la probabilité d'obtenir plus de 50 raisins secs est impossible avec une distribution de Poisson."

Les événements multiélectroniques observés dans ces expériences étaient comme trouver 480 raisins secs dans un seul muffin, ce qui rendrait certainement heureux tout amateur de raisins secs.