光が金属を襲うと、そのエネルギーは電子を励起し、より低いエネルギーレベルからより高いエネルギーレベルにジャンプします。光エクストキシテーションとして知られているこのプロセスは、太陽電池、フォトダイオード、光発光ダイオード（LED）を含む幅広い技術にとって重要です。ただし、光エクストキシテーション中に発生するイベントの正確なシーケンスはとらえどころのないままです。
現在、研究者はこれらのイベントの詳細なシーケンスをリアルタイムでキャプチャし、光が金属内の電子をどのように励起するかを直接観察しています。チームは、SLACのStanford Synchrotron Radiation Lightsource（SSRL）で実験を実施し、超高速レーザーを使用して、金属の薄膜で電子を励起しました。次に、時間分解光排出分光計を使用して、励起された電子のエネルギーと運動量を時間の関数として測定しました。
Journal Natureに掲載された結果は、一連のステップで光エクストキシテーションが発生することを明らかにしています。まず、光は金属に吸収され、電子穴ペアが作成されます。電子と穴は、光波によって作成された電界のために、反対方向に素早く加速します。最後に、電子と穴が再結合し、光の光子を放出します。
研究者は、超微量レーザーパルスを使用して電子を励起することにより、このプロセスを直接観察することができました。これにより、フェムト秒のタイムスケール（10〜15秒）で光エクストキシテーションプロセスのダイナミクスをキャプチャすることができました。
「ライトが金属に当たったときに何が起こるかを正確に見ることができます」と、スタンフォード大学の応用物理学の教授であり、研究の共著者であるフィリップ・ハイマンは言いました。 「これは、多くの光電子デバイスにとって不可欠なプロセスの基本的な理解です。」
チームの調査結果は、より効率的で応答時間が短縮される新しい光電子デバイスの開発につながる可能性があります。また、研究者が半導体や絶縁体などの他の材料と光がどのように相互作用するかを理解するのに役立ちます。
