材料科学的突破性发现挑战了目前对光发射的理解

光到底是什么?它是由什么组成的?这是一个古老的问题，可以追溯到古代，也是科学家为了了解现实的本质而进行的最重要的研究之一。

光是一种能量形式，从物体上反射的光，它能让我们看到世界，这个问题在科学界引起了激烈的争论和讨论，从而催生了一个全新的领域：量子力学。

关于光的本质的争论是另一个谜。也就是说，光的行为像波还是粒子?当阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)在20世纪初提出，光既是自然界中的微粒(包含称为光子的小颗粒)，又是波浪状的时，即光的波粒二象性，许多人对他的发现感到满意，尽管有些疑问。

爱因斯坦通过对光电效应的研究支持了他的理论，这使他获得了1921年的诺贝尔物理学奖。1887年，海因里希·鲁道夫·赫兹首次发现了光电效应，它描述了当光照射到材料上时，使电子从材料中射出的过程。

现在，光电发射是研究人员用来探测材料的化学和电子特性的实验方法，它在一系列技术中产生了实际应用，特别是那些依赖于光探测或电子束产生的技术，如医疗成像设备和半导体制造等。

但Northeastern的研究人员的新发现挑战了我们对光发射原理的了解，为理解光与材料的相互作用奠定了新基础。

相关研究发表在《Nature》上，研究人员观察到一种特殊材料——strontium titanate——一对化学元素的氧化物——的“异常光电发射性质”，这种化学元素在半个多世纪前首次广泛使用，主要是作为金刚石模拟物。

在实验上，研究人员使用strontium titanate作为光电阴极，或一种可以通过光电效应将光转换成电子的表面。

光电阴极也用于光电探测器或传感装置，如光电倍增管;它们也用于红外观察器、条纹相机、图像增强器或图像放大器和图像转换器。

这项研究的共同作者、Northeastern物理学教授Arun Bansi表示，strontium titanate历来被视为潜在的光电阴极候选者。

Bansi说：“这种材料还有很多其他用途和应用。”。

Bansil说，研究人员利用10 eV(电子伏特)范围内的几个光子能量，能够产生比以往任何时候都强烈的“相干二次光发射”。

Bansil说：“这是一个很大的问题，因为在我们对光发射的现有理解中，没有任何机制能够产生这样的效果。”。“换句话说，目前我们还没有任何理论支持这一点，因此这是一个奇迹般的突破。”

二次电子发射描述了一种现象，在这种现象中，排出的一次电子由于喷射前材料内的碰撞而遭受能量损失。

Bansil说：“当你激发电子时，其中一些电子实际上会从固体中出来。”。“初级电子是指那些没有散射的电子，而次级电子意味着它们在离开固体之前已经发生了碰撞。”

研究人员写道：“观察到的二次光发射中的相干性的出现表明，在当前理论光发射框架的基础上，一个潜在的新过程正在发展。”。

Bansil表示，这一结果颠覆了科学家们认为他们对光发射过程的了解，为利用这些复杂量子材料的力量进行跨行业的新应用打开了大门。

Bansil说：“我们都认为我们理解了这里所涉及的基本物理学，以至于应用程序的开发都遵循某种理论和思想范式。”“这就是本文对这一切的一个转折点。”