Processer i det atomare mikrokosmos afsløret

Fysikere ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har med succes genereret kontrollerede elektronpulser i attosekundområdet. De brugte optiske rejsebølger dannet af laserpulser med varierende bølgelængder. Elektronernes bevægelser i atomer blev afsløret ved hjælp af attosekundfrie elektronpulser. Resultaterne fra forskerne fra Erlangen er blevet offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve .

Forskere har i flere år forsket i måder at generere elektronpakker på ekstremt korte tidsskalaer. Sådanne pulser gør det muligt at spore ultrahurtige bevægelser, for eksempel, vibrationer i atomgitter, faseovergange i materialer eller molekylære bindinger i kemiske reaktioner. "Jo kortere puls, jo hurtigere de bevægelser, der kan kortlægges, "forklarer prof. dr. Peter Hommelhoff, Formand for Laserfysik ved FAU. "Imidlertid, dette indebærer også den særlige udfordring, hvordan man styrer elektronpakkerne. "Sidste år, Hommelhoff og hans team genererede med succes periodiske elektronpulser med en varighed på 1,3 femtosekunder - et femtosekund er en kvadrilliondel af et sekund. For at gøre det, de ledte en kontinuerlig elektronstråle hen over et siliciumgitter og lagde det over med det optiske felt af laserpulser.

Forskerne ved FAU er nu gået et bedre og har genereret elektronpulser på 0,3 femtosekunder eller 300 attosekunder. Lasere blev også brugt til denne metode. For det første, pakker af elektroner udsendes fra en elektronkilde ved hjælp af ultraviolette laserimpulser. Disse pakker interagerer derefter med optiske rejsebølger, der dannes i et vakuum af to infrarøde laserpulser med varierende bølgelængder. "Den overvejende interaktion forårsager et skift i elektrontætheden, "forklarer Norbert Schönenberger, en forsker ved Prof. Hommelhoff's Chair og medforfatter til undersøgelsen. "Vi nedbryder elektronpakken til en vis grad i endnu mindre pakker for at generere elektronimpulser i attosekundområdet. Tidsforsinkelsen i laserstrålernes ankomst gør os i stand til at generere specifikke rejsebølger og dermed præcist styre impulstogene. "

Denne metode udviklet af fysikerne ved FAU kunne revolutionere eksperimenter inden for elektrondiffraktion og mikroskopi. I fremtiden, attosekundpulser vil ikke kun kunne bruges til at spore atomers bevægelser, men også for at vise dynamikken af ​​elektroner i atomer, molekyler og faste legemer. Resultaterne er blevet offentliggjort under titlen "Ponderomotive Generation and Detection of Attosecond Free-Electron Pulse Trains" i det anerkendte tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve .