Attosecond kamera til nanostrukturer

Fysikere med base på Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) i München og Max Planck Institute for Quantum Optics har observeret et nanoskala lysstoffænomen, der kun varer i attosekunder.

Når lys rammer et metal, dets elektromagnetiske felt ophidser vibrationer af elektronerne i metallet. Denne interaktion resulterer i dannelsen af ​​såkaldte nærfelter - elektromagnetiske felter, der er lokaliseret tæt på metalets overflade. Præcis hvordan sådanne nærmarker opfører sig under påvirkning af lys er nu blevet undersøgt af et internationalt team af fysikere ved LMU München og Max Planck Institute for Quantum Optics (MPQ), i tæt samarbejde med forskere ved formanden for laserfysik ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

Forskerne fokuserede intense infrarøde laserpulser på en guld nanonål. Disse impulser er så korte, at de kun består af få svingninger af lysfeltet. Når lyset rammer nanotråden, ophidser det kollektive vibrationer af elektronerne, der er forbundet med guldatomerne nær overfladen af ​​ledningen. Disse elektronbevægelser er ansvarlige for dannelsen af ​​nærfelter på overfladen af ​​ledningen.

For at studere tidspunktet for nærfeltets reaktion på lysfeltet, fysikerne ledte en anden lyspuls med en ekstremt kort varighed på blot et par hundrede attosekunder (1 som varer i en milliarddel af en milliarddel af et sekund) på nanostrukturen meget kort efter den første lyspuls. Denne anden flash fjerner faktisk nogle elektroner fra nanotråden. Når de når overfladen, de accelereres af nærmarkerne og kan detekteres, gør det muligt at karakterisere dynamikken i nærmarkerne. Analyse af disse elektroner viste, at de nærliggende felter oscillerede med et tidsforskydning på omkring 250 attosekunder i forhold til det indfaldende lys, og at de var førende i deres vibrationer. Med andre ord, nærfeltvibrationerne nåede deres maksimale amplitude 250 attosekunder tidligere end lysfeltets vibrationer.

"Felter og overfladebølger genereret i nanostrukturer er af central betydning for udviklingen af ​​opto-elektronik. Med den billeddannelsesteknik, vi har demonstreret her, de kan nu løses skarpt, "forklarer professor Matthias Kling, lederen af ​​gruppen Ultrafast Nanophotonics i Institut for Fysik på LMU.

Eksperimenterne baner vejen for mere komplekse undersøgelser af lysstof-interaktioner i metaller, der er af interesse for nano-optik og fremtidens lysdrevne elektronik. Sådan elektronik ville fungere ved lysets frekvenser. Optiske felter svinger med en hastighed på en million milliarder gange i sekundet, dvs. med petahertz -frekvenser - ca. 100, 000 gange hurtigere end de urfrekvenser, der kan opnås i konventionelle elektroniske enheder.