Druhý laser: Pre bláznivú elektronickú fotografiu

Rovnako ako svetlo používame na pozorovanie makroskopického sveta okolo nás, môžeme svetlo použiť aj na sondovanie subatomárneho sveta. Ale treba dodržať jednu zásadu: každé meranie musí byť rýchlejšie ako čas potrebný na to, aby sa skúmaný systém výrazne zmenil, inak sa dajú získať len nejasné výsledky.
V molekule sa atómy pohybujú na femtosekundovej (biliónine sekundy, 10^-15 sekúnd) časovej škále, ich polohy a energie sa menia v priebehu jednej až niekoľkých stoviek attosekúnd a na meranie ich pohybu dokáže femtosekundová technológia nepomôže.
Aká krátka je attosekunda? 1 attosekunda je 10^-18 sekúnd, čo je jedna miliardtina miliardtiny sekundy. 1 attosekunda zodpovedá 1 sekunde veku vesmíru (13,8 miliardy rokov). Lúč svetla prechádzajúci z jednej strany miestnosti na opačnú stenu trvá 10 miliárd oblúkových sekúnd.
„Skutočný život“ attosekundového pulzu
Ako dostanete svetelný impulz na attosekundovú škálu? Teoreticky môžu byť kratšie svetelné impulzy generované kombináciou krátkovlnných laserových impulzov viacerých vlnových dĺžok.
Wei Zhiyi, výskumník z Fyzikálneho ústavu Čínskej akadémie vied, vysvetlil reportérovi Science and Technology Daily: „Na generovanie nových vlnových dĺžok nie je potrebný len pohon femtosekundového lasera, ale je potrebné sa zamerať aj na plyn. interakcia atómov svetla a plynu za vzniku takzvaných vysokých harmonických, vysokých harmonických je cyklus v hnacom laseri, generovanie dvoch cyklov vlny."
V roku 1987 Lhuillier a kolegovia zamerali infračervený laserový lúč na inertný plyn a zistili, že produkované harmonické sú početnejšie a silnejšie ako tie, ktoré boli predtým produkované laserovými pohonmi s kratšou vlnovou dĺžkou, a že mnohé z pozorovaných harmonických majú podobnú intenzitu svetla.
Ďalšie štúdie zistili, že za správnych okolností sa harmonické prekrývali a vytvorili sériu laserových impulzov v ultrafialovom pásme, z ktorých každý bol dlhý len niekoľko stoviek attosekúnd.
V roku 2001 sa Agostinimu a jeho kolegom vo Francúzsku podarilo vygenerovať sériu pulzných vlakov trvajúcich iba 250 arsec. Ferenc Krauss a jeho partneri v Rakúsku išli opačným smerom, izolovali jednotlivé izolované svetelné impulzy trvajúce 650 oblúkových sekúnd a použili ich na sledovanie a štúdium procesu „vyťahovania“ elektrónov z atómov.
"Je to práca týchto troch vedcov, zastupovaných výskumníkmi už viac ako desať rokov, prostredníctvom vynaliezavosti a neustáleho úsilia, aby sa veda dostala do éry attosekúnd." Povedal Wei Zhiyi.
Sľubný v mnohých oblastiach, „ukážte svoje schopnosti“
Malý kolibrík môže tĺcť krídlami 80-krát za sekundu, pričom ľudské oko nevidí, ale pomocou vysokorýchlostnej kamery sa dá zarámovať do jasného rámca akcie.
"Druhý svetelný impulz je presne štúdium mikroskopického materiálneho sveta "vysokorýchlostnej kamery", môže "zúriť" elektrón určený na pozorovanie." Wei Zhiyi s nádejou povedal: "Očakáva sa, že štúdium a pochopenie elektrónov v tak krátkom časovom rozsahu (attosekúnd) uľahčí rýchly vývoj ultrarýchlej elektroniky, ktorá môže jedného dňa viesť k výkonnejším počítačovým čipom. Umožňuje nám to tiež rozlíšiť molekuly na základe ich elektronických vlastností a použiť ich na rýchlu a presnú diagnostiku chorôb.“
Podľa Wei Zhiyi v súčasnosti okrem vyššie uvedených výskumných tímov v medzinárodnom meradle realizuje výskum generácie tzv. attosekundové impulzy a ich aplikácie v mnohých oblastiach, ako je fyzika, chémia a biológia.
„Napríklad tím profesora Changa Zenghua z University of Central Florida v Spojených štátoch stanovil svetový rekord pre najkratší attosekundový pulz dvakrát, v rokoch 2012 a 2017, a 43-attosekundový pulz vytvorený Švajčiarskym federálnym inštitútom of Technology v roku 2017 je doteraz držiteľom súčasného svetového rekordu za najkratší čas. EÚ konkrétne vybudovala zariadenie pre extrémne osvetlenie (ELI-ALPS) v Maďarsku, ktorého hlavnou zložkou sú attosekundové lasery, s cieľom poskytnúť vedcom v rôznych oblastiach vykonať druhý vedecký výskum." Wei Zhiyi počíta výsledky v oblasti attosekundy.
Výskum attosekundových svetelných impulzov bol tiež široko zdôrazňovaný čínskymi vedcami. Inštitút fyziky Čínskej akadémie vied, Šanghajský inštitút optickej mechaniky, Inštitút optickej mechaniky Xi'an, Pekingská univerzita, Východočínska normálna univerzita, Národná univerzita obrannej technológie, Univerzita vedy a techniky Huazhong a ďalšie jednotky nesú výskum v oblasti attosekundovej vedy. 2013 skupina Wei Zhiyi po prvýkrát v Číne vygenerovala a zmerala izolovaný attosekundový impulz 160 attosekúnd a teraz sa ďalej rozvíja smerom ku kratším šírkam impulzov, vyšším energiám a vyšším opakovacím frekvenciám, čo poskytne príležitosť pre čínskych vedcov. vyvinúť vlastné attosekundové lasery. V kombinácii s koncovým zariadením poskytuje poprednú medzinárodnú platformu a zariadenia pre výskum attosekundového lasera v oblasti fyziky kondenzovaných látok, atómovej a molekulovej fyziky, chémie, biomedicíny, informácií a energetiky.