_ Un nou capitol pentru spectroscopie atosecundă: Cercetătorii ating o rată de repetiție de 1 kilohertz

O echipă de cercetători de la Institutul Max Born din Berlin a demonstrat, pentru prima dată, spectroscopia cu sondă attosecundă cu pompă de attosecundă (APAPS) la o rată de repetare de 1 kilohertz. Acest lucru a devenit posibil prin dezvoltarea unei surse compacte, intense de attosecundă, folosind o geometrie de generație nefocalizată. Abordarea deschide noi căi pentru investigarea dinamicii electronilor extrem de rapide în regimul de attosecundă.

Prima generație de impulsuri de attosecundă (1 attosecundă corespunde la 10-18 secunde) la începutul acestui secol a permis un proces fără precedent. perspective asupra lumii electronilor. Pentru munca lor de pionierat, care a condus pentru prima dată la demonstrarea pulsurilor de attosecundă în 2001, Anne L'Huillier, Pierre Agostini și Ferenc Krausz au primit Premiul Nobel pentru Fizică în 2023.

Tehnicile actuale de atosecundă, totuși, vin cu un dezavantaj important: pentru a putea înregistra un film într-un experiment cu sondă de pompă, un impuls de attosecundă trebuie de obicei combinat cu un impuls de femtosecundă (1 femtosecundă corespunde la 10-15 secunde) ale cărui cicluri optice (câteva femtosecunde lungime) ) este folosit ca ceas cu rezoluție attosecundă. Aceasta constituie o limitare pentru investigarea dinamicii electronilor pe scale de timp attosecunde.

Încă de la prima demonstrație a impulsurilor de attosecundă, visul multor oameni de știință a fost să efectueze experimente în care un prim impuls de pompă de attosecundă inițiază electroni. dinamica într-un atom, o moleculă sau o probă în stare solidă și în cazul în care un al doilea impuls de sondă de attosecundă interoghează sistemul la diferite întârzieri de timp.

Acest obiectiv s-a dovedit a fi foarte provocator, deoarece necesită o attosecundă intensă. impulsuri. Totuși, procesul de bază al generării de armonici înalte (HHG) este foarte ineficient. Ca rezultat, au fost raportate doar foarte puține demonstrații de dovezi de principiu ale spectroscopiei cu sondă de attosecundă (APAPS), care au folosit configurații mari și sisteme laser specializate care funcționează la rate scăzute de repetiție (10-120 Herți).

O echipă de cercetători de la Institutul Max Born (MBI) din Berlin a demonstrat acum o abordare diferită, permițându-le să efectueze experimente APAPS folosind o configurație mult mai compactă. În acest scop, au folosit un laser de conducere la cheie cu o rată de repetiție în kiloherți. Acest lucru a dus la o funcționare substanțial mai stabilă, care este o cerință cheie pentru implementarea cu succes a APAPS.

Oamenii de știință au folosit impulsuri laser în infraroșu pentru generarea de impulsuri de attosecundă într-un jet de gaz. Spre deosebire de modul în care sunt generate de obicei impulsurile de attosecundă, totuși, ei au venit cu ideea de a plasa jetul de gaz nu aproape de focalizarea laserului de conducere, ci la o anumită distanță de acesta. Drept urmare, au fost generate impulsuri de attosecundă cu o energie a impulsului relativ mare și o dimensiune mică a sursei virtuale, care, după reorientare, au permis cercetătorilor să obțină impulsuri de attosecundă de mare intensitate.

Cercetătorii au folosit acest lucru. sursă de attosecundă stabilă și intensă prin efectuarea unui experiment APAPS, în care atomii de argon au fost ionizați printr-un impuls de pompă de attosecundă, rezultând generarea de ioni de Ar+ încărcați individual. Formarea acestor ioni a fost testată printr-un impuls de sondă de attosecundă, ceea ce a condus la ionizare suplimentară și formarea de ioni Ar2+ încărcați dublu.

Rezultatele au fost o creștere a randamentului ionilor Ar2+ pe o scară de timp foarte rapidă. observat. Aceasta arată că impulsurile pompei și sondei implicate au într-adevăr durate de impuls de attosecundă.

Energiile modeste ale impulsului infraroșu utilizate în acest studiu deschid calea pentru realizarea experimentelor APAPS la rate de repetiție și mai mari până la nivelul megaherți. Sistemele laser necesare pentru a conduce aceste experimente sunt deja disponibile sau în curs de dezvoltare. Drept urmare, noul concept poate permite perspective fără precedent asupra lumii electronilor pe scale de timp extrem de scurte, care nu sunt accesibile prin tehnicile actuale de atosecundă.

Descoperirile sunt publicate în revista Science Advances.

(Fluierul)