Antrasis lazeris: pašėlusiai elektroninei fotografijai

Kaip mes naudojame šviesą makroskopiniam pasauliui stebėti, taip pat galime naudoti šviesą subatominiam pasauliui tirti. Tačiau reikia laikytis vieno principo: bet koks matavimas turi būti greitesnis nei laikas, reikalingas tiriamai sistemai reikšmingai pasikeisti, kitaip galima gauti tik miglotus rezultatus.
Molekulėje atomai juda femtosekundės (sekundės trilijonoji dalis, 10^-15 sek.) laiko skale, jų padėtis ir energija pasikeičia per vieną iki kelių šimtų attosekundžių, o jų judėjimui išmatuoti femtosekundžių technologija „gali nepadeda.
Kiek trumpa yra attosekundė? 1 atosekundė yra 10^-18 sekundžių, tai yra viena milijardoji sekundės dalis. 1 atosekundė atitinka 1 Visatos amžiaus sekundę (13,8 milijardo metų). Šviesos spindulys, sklindantis iš vienos kambario pusės į priešingą sieną, trunka 10 milijardų lanko sekundžių.
Attosekundinio pulso „tikras gyvenimas“.
Kaip gauti šviesos impulsą iki atosekundės skalės? Teoriškai trumpesni šviesos impulsai gali būti generuojami derinant kelių bangų ilgių trumpabangius lazerio impulsus.
Wei Zhiyi, Kinijos mokslų akademijos Fizikos instituto mokslininkas, „Science and Technology Daily“ žurnalistui paaiškino: „Norint sukurti naujus bangos ilgius, reikia ne tik femtosekundės lazerio pavaros, bet ir sutelkti dėmesį į dujas. šviesos ir dujų atomų sąveika sukuria vadinamąsias aukštąsias harmonikas, aukštos harmonikos yra pavaros lazerio ciklas, dviejų bangos ciklų generavimas.
1987 m. Lhuillier ir jo kolegos sufokusavo infraraudonųjų spindulių lazerio spindulį į inertines dujas ir išsiaiškino, kad sukurtų harmonikų buvo daugiau ir jos buvo stipresnės nei anksčiau gautos naudojant trumpesnio bangos ilgio lazerinius įrenginius, ir kad daugelis pastebėtų harmonikų buvo panašaus šviesos intensyvumo.
Tolesni tyrimai parodė, kad tinkamomis aplinkybėmis harmonikos sutampa, kad ultravioletinėje juostoje susidarytų lazerio impulsų serija, kurių kiekvienas buvo tik kelių šimtų atosekundžių ilgio.
2001 m. Agostini ir jo kolegos Prancūzijoje sugebėjo sukurti impulsų traukinių seriją, trunkančią tik 250 arsek. Ferencas Kraussas ir jo partneriai Austrijoje nuėjo kitu keliu, išskirdami pavienius izoliuotus šviesos impulsus, trunkančius 650 lankų sekundžių, ir naudodami juos elektronų „ištraukimo“ iš atomų procesui sekti ir tirti.
„Tai yra šių trijų mokslininkų, kuriems mokslininkai atstovauja daugiau nei dešimtmetį, darbas su išradingumu ir nenumaldomomis pastangomis, kad itin greitas mokslas į attosekundžių erą. Wei Zhiyi pasakė.
Daug žadantis daugelyje sričių, „parodyk savo įgūdžius“
Mažas kolibris gali sumušti savo sparnus 80 kartų per sekundę, žmogaus akis nemato, bet su didelės spartos kamera gali būti įrėmintas į aiškų veiksmo kadrą.
„Antrasis šviesos impulsas yra būtent „didelės spartos kameros“ mikroskopinio materialaus pasaulio tyrimas, kuris gali būti stebėjimui įrėminto elektrono „siautėjimas“. Wei Zhiyi viltingai pasakė: „Tikimasi, kad elektronų studijavimas ir supratimas per tokį trumpą laiką (attosekundžių) palengvins spartų itin greitos elektronikos vystymąsi, dėl kurio vieną dieną gali atsirasti galingesnių kompiuterių lustų. Tai taip pat leidžia atskirti molekules. remiantis jų elektroninėmis savybėmis ir naudoti juos greitai ir tiksliai diagnozuojant ligas.
Wei Zhiyi teigimu, šiuo metu, be minėtų tyrimų grupių tarptautiniu mastu, nemažai tyrimų grupių Jungtinėse Valstijose, Kanadoje, Italijoje, Šveicarijoje, Japonijoje, Pietų Korėjoje ir kitose šalyse taip pat atlieka tyrimus, susijusius su jų atsiradimu. attosekundiniai impulsai ir jų pritaikymas daugelyje sričių, pavyzdžiui, fizikos, chemijos ir biologijos.
„Pavyzdžiui, profesoriaus Chang Zenghu komanda Centrinės Floridos universitete (JAV) du kartus – 2012 ir 2017 m. – pasiekė trumpiausio attosekundinio impulso pasaulio rekordą ir Šveicarijos federalinio instituto sukurtą 43-attosekundinį impulsą. Technologijos 2017 m. iki šiol buvo dabartinis trumpiausių pasaulio rekordų. Visų pirma, ES Vengrijoje sukonstravo Ekstremalios šviesos įrenginį (ELI-ALPS), kurio pagrindinis komponentas yra atosekundiniai lazeriai, kad įvairių sričių mokslininkai galėtų atlikti attosekundinius mokslinius tyrimus“. Wei Zhiyi skaičiuoja rezultatus attosekundės srityje.
Attosekundinių šviesos impulsų tyrimus taip pat plačiai akcentavo Kinijos mokslininkai. Kinijos mokslų akademijos Fizikos institutas, Šanchajaus Optinės mechanikos institutas, Siano optinės mechanikos institutas, Pekino universitetas, Rytų Kinijos normalusis universitetas, Nacionalinis gynybos technologijos universitetas, Huazhongo mokslo ir technologijos universitetas ir kiti padaliniai gabena. atlikti tyrimus attosekundės mokslo srityje. 2013 m. Wei Zhiyi grupė pirmą kartą Kinijoje generavo ir išmatavo izoliuotą 160 attosekundžių impulsą, o dabar toliau tobulėja link trumpesnio impulso pločio, didesnės energijos ir didesnio pasikartojimo dažnio, o tai suteiks galimybę Kinijos mokslininkams. sukurti savo attosekundinius lazerius. Kartu su galine įranga ji suteikia pirmaujančią tarptautinę platformą ir įrangą attosekundinio lazerio tyrimams kondensuotų medžiagų fizikos, atominės ir molekulinės fizikos, chemijos, biomedicinos, informacijos ir energijos srityse.