Midlertidigt forme det elektriske felt i en attosekundspuls

Kemiske reaktioner bestemmes på deres mest fundamentale niveau af deres respektive elektroniske struktur og dynamik. Styret af en stimulus som lysbestråling, elektroner omarrangerer sig selv i væsker eller faste stoffer. Denne proces tager kun et par hundrede attosekunder, hvorved et attosekund er milliarddel af en milliarddel af et sekund. Elektroner er følsomme over for eksterne felter, så forskere let kan kontrollere dem ved at bestråle elektronerne med lyspulser. Så snart de således midlertidigt former det elektriske felt for en attosekundspuls, forskere kan styre den elektroniske dynamik i realtid. Et team ledet af prof. Dr. Giuseppe Sansone fra Institut for Fysik ved Freiburg Universitet viser i det videnskabelige tidsskrift Nature, hvordan de var i stand til fuldstændigt at forme bølgeformen af ​​en attosekundpuls.

"Disse pulser giver os mulighed for at studere det første øjeblik af det elektroniske svar i et molekyle eller en krystal, "forklarer Sansone." Med evnen til at forme det elektriske felt sætter vi os i stand til at styre elektroniske bevægelser-med det langsigtede mål at optimere grundlæggende processer såsom fotosyntese eller ladningsseparation i materialer. "

Holdet, bestående af teoretikere og eksperimentelle fysikere fra forskningsinstitutter i USA, Rusland, Tyskland, Italien, Østrig, Slovenien, Ungarn, Japan og Sverige, udførte deres forsøg på Free-Electron Laser (FEL) FERMI i Trieste/Italien. Denne laser er den eneste, der tilbyder den unikke evne til at syntetisere stråling med forskellige bølgelængder i det ekstreme ultraviolette spektralområde med fuldt kontrollerbare relative faser.

Attosekundpulsen skyldes den tidsmæssige overlapning af laserharmoniske. Forskerne genererede grupper på fire laserharmoniske af en grundlæggende bølgelængde ved hjælp af de undulatorer, der er tilgængelige på FERMI. Det er tekniske enheder, som styrer bevægelsen af ​​en relativistisk elektronbunke, hvilket fører til produktion af ultraviolet stråling. En af eksperimentets hovedudfordringer var måling af disse relative faser, som var karakteriseret ved at erhverve fotoelektronerne frigivet fra neonatomer ved kombinationen af ​​attosekundpulserne og et infrarødt felt. Dette fører til yderligere strukturer i elektronspektre, kaldes normalt sidebånd. Forskerne målte sammenhængen mellem de forskellige sidebånd, der genereres for hvert laserskud. Dette gjorde dem endelig i stand til fuldt ud at karakterisere attosekund -pulstoget.

"Vores resultater indikerer ikke kun, at FEL'er kan producere attosekundpulser, "siger Sansone, "men, på grund af den metode, der er implementeret for bølgeformgenerering, sådanne pulser er fuldt kontrollerbare og opnår høje spidsintensiteter. Disse to aspekter repræsenterer vigtige fordele ved vores tilgang. Resultaterne vil også påvirke planlægningen og designet af nye Free-Electron Lasers verden over. "