Attosekundskontrol af en atomisk elektronsky

Forskere ved SAGA lyskilde, universitetet i Toyama, Hiroshima University og Institute for Molecular Science har demonstreret en metode til at kontrollere form og orientering af en elektronsky i et atom ved at indstille attosekundeafstanden i en dobbeltpuls af synkrotronstråling.

Arbejder som et samarbejdende forskerhold, Tatsuo Kaneyasu (SAGA lyskilde/institut for molekylær videnskab), Yasumasa Hikosaka (University of Toyama), Masahiro Katoh (Hiroshima University/Institute for Molecular Science) og kolleger har opfundet en måde at manipulere formen på en elektronsky i et atom ved hjælp af den sammenhængende kontrolteknik med synkrotronstråling. Arbejdet, som er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , baner vejen mod ultrahurtig styring af elektroniske systemer ved hjælp af synkrotronstråling.

Kontrol og sondering af elektronisk bevægelse i atomer og molekyler på deres naturlige tidsskala for attosekunder er en af ​​grænserne inden for atomfysik og attosekundfysik. Takket være fremskridt inden for laserteknologi, en række attosekund -eksperimenter er blevet udført med ultrakorte laserpulser. I modsætning, dette forskerhold har præsenteret en ny rute til den sammenhængende kontrol af elektroniske systemer ved hjælp af synkrotronstråling. Den potentielle anvendelse af bølgebestråling som langsgående kohærente bølgepakker blev demonstreret ved at opnå befolkningskontrol ved fotoekscitation af heliumatomer [Y. Hikosaka et al., Nature Commun. 10, 4988 (2019)]. Den næste udfordring var anvendelsen af ​​synkrotronstrålingens polarisationsegenskaber til sammenhængende kontrol.

Holdets seneste papir, for nylig udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , rapporterer en vellykket observation af kontrollen med elektronskyen i et heliumatom. Par venstre- og højre-cirkulært polariserede strålingsbølgepakker blev genereret ved hjælp af to spiralformede undulatorer. Varigheden af ​​hvert bølgepakkepar var et par femtosekunder, og ekstrem ultraviolet stråling blev brugt til at bestråle heliumatomer. Med denne teknik lykkedes det dem at kontrollere formen og orienteringen af ​​elektronskyen, dannet som en sammenhængende superpositionstilstand, ved at indstille tidsforsinkelsen mellem de to bølgepakker på det samme niveau.

I modsætning til standard laserteknologi, der er ingen teknisk begrænsning for udvidelsen af ​​denne metode til kortere og kortere bølgelængder. Denne nye evne til synkrotronstråling hjælper ikke kun forskere med at studere ultrahurtige fænomener i atomiske og molekylære processer, men kan også åbne op for nye applikationer i udviklingen af ​​funktionelle materialer og elektroniske enheder i fremtiden.