Brug af lasere til at skabe ultrakorte pulser

Fysikere ved Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) er gået ind på nyt territorium med hensyn til pulsering af elektronstråler. Deres metode kunne snart bruges til at udvikle elektronmikroskoper, der er egnede til ultrakorte tidsskalaer, som de er nødvendige for at observere atomernes bevægelse.

Elektronmikroskoper har åbnet en helt ny verden for forskere:avancerede scannings- og transmissionsenheder kan nu endda afbilde individuelle atomer. På trods af at have opnået denne enormt høje opløsning, at arbejde med en konstant elektronstråle har sine ulemper. Ultrahurtige reaktioner, såsom brydning af kemiske bindinger eller vibrationer af atomer, kan ikke afbildes med denne metode. På grund af dette problem, mikroskoper er blevet udviklet i de senere år, der bruger pulserede elektronstråler. "Dette kan sammenlignes med et stroboskop, der fanger bevægelsen af ​​testobjektet ved hjælp af en hurtig sekvens af blink, " forklarer professor Peter Hommelhoff, Formand for Laserfysik ved FAU. "Dette princip er nu blevet anvendt på elektronimpulser."

Laserkontrollerede elektroner

Den særlige udfordring her er at generere impulser, der er så korte som muligt - da elektron-'pakker' med kortere længder reducerer tidsskalaen, hvor atombevægelser kan afbildes. Ved at bruge en laser til at manipulere en strøm af elektroner, det er lykkedes dem at producere elektronpakker med en længde på 1,3 femtosekunder – et femtosekund svarer til en milliontedel af en milliardtedel af et sekund. For at opnå dette, fysikerne måtte rette en stråle af elektroner hen over overfladen af ​​et siliciumgitter, hvor de overlejrede det optiske felt fra laserimpulser på det i to sektioner. Dr. Martin Kozák, et medlem af Hommelhoffs team og primære forfatter til undersøgelsen, forklarer:"Vi bruger laseren til at styre frekvensen af ​​det periodiske felt og synkronisere det med elektronernes hastighed. Dette gør det muligt for elektronerne at vinde eller tabe energi, og vi kan generere ultrakorte pakker fra en kontinuerlig stråle."

Pulser i attosekundsområdet muligt

Ud over denne kontrollerede acceleration og deceleration, det er lykkedes FAU-fysikerne at afbøje elektronerne sideværts fra et vinklet siliciumgitter ved hjælp af laserimpulser. Elektronerne afbøjes i den ene eller den anden retning, afhængig af præcis hvornår de interagerer med laserfeltet. Denne registreringsmetode bruges også i streak-kameraer, som allerede har opnået opløsninger i femtosekundområdet. Metoden, der er udviklet i Erlangen, vil faktisk opnå tidsmæssige opløsninger i atosekundets område eller en milliardtedel af en milliardtedel af et sekund. En applikation, hvor streak-kameraer bruges, er at observere lysets udbredelse.