電子が非常に高いエネルギーを持つ原子は、他の物質と接触すると、非常に短時間のうちにこのエネルギーを放出する可能性があります。ウィーン工科大学（TU）の研究者と国際チームは、20年以上謎に包まれていたこの効果を実験的に調査した。彼らはこのことをジャーナル「Physical Review Letters」で報告しています。
ライダー原子
基底状態では、原子の電子殻は完全に満たされています。エネルギーが最も低い電子は原子核に近い内側に位置し、よりエネルギーの高い電子は隙間を残さず外側の殻を占めます。ただし、特定の状況下では、一部の電子が通常よりもはるかに外側に位置し、電子が存在しない空洞が作成されることがあります。
これらのいわゆるライダー原子は、別の物質やそこにある電子と接触すると、数フェムト秒 (10 億分の 1 秒) 以内に過剰なエネルギーを放出します。このプロセスがなぜこれほど早く起こるのかは長い間謎でした。
希ガス原子を使った実験
問題の真相に迫るために、ウィーン工科大学で希ガス原子を使った実験が行われました。これを行うために、研究者らはまず原子から最大 40 個の外側電子を取り出し、それを炭素原子の 1 層だけで構成される非常に薄い材料であるグラフェンの中を通過させました。グラフェンを横切るのにかかる時間はわずか約フェムト秒ですが、原子は失われた電子のほとんどを拾い上げてリュードベリ原子を形成することができます。
「強くプラスに帯電した希ガス原子は一種の電子掃除機のように機能します」とウィーン工科大学応用物理研究所の研究グループ長フリードリッヒ・アウマイア氏はAPAに説明した。 「電気的に再びほぼ中性になるために必要な電子をグラフェンの炭素原子から素早く取り除きます。ほぼ同時に、「吸い取られた」電子は基底状態に戻り、そのエネルギーを放出します。」グラフェン内に残る電子。
原子間クーロン崩壊
研究者らは実験に基づいて、これまで過小評価されていた効果、いわゆる「原子間クーロン崩壊」がこのプロセスの原因であることを示すことができた。エネルギーは少量ずつ放出されますが、グラフェン内の多数の電子が放出され、その後比較的ゆっくりと材料から放出されます。
遅い電子は細胞内の DNA 鎖などの化学結合を切断するのに特に優れているため、この実際にはかなり風変わりなプロセスは生物学にとっても興味深いものです。同様の効果は、がんと闘うための放射線療法中にも発生し、がん細胞の損傷に特に効果的であると言われています。 「私たちの研究は、すでに効果的に使用されている治療法についての理解を深めることにも貢献します」とオーマイヤー氏は言います。
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