Druhý laser: Pro bláznivou elektronickou fotografii

Stejně jako používáme světlo k pozorování makroskopického světa kolem nás, můžeme také používat světlo k sondování subatomárního světa. Je ale třeba dodržet jednu zásadu: jakékoli měření musí být rychlejší, než je čas potřebný k tomu, aby se zkoumaný systém výrazně změnil, jinak lze získat jen vágní výsledky.
V molekule se atomy pohybují na časové škále femtosekund (biliontina sekundy, 10^-15 sekund), jejich pozice a energie se mění během jedné až několika set attosekund a pro měření jejich pohybu může femtosekundová technologie nepomůže.
Jak krátká je attosekunda? 1 attosekunda je 10^-18 sekund, což je jedna miliardtina miliardtiny sekundy. 1 attosekunda odpovídá 1 sekundě stáří vesmíru (13,8 miliardy let). Paprsek světla putující z jedné strany místnosti na protější stěnu trvá 10 miliard úhlových sekund.
„Skutečný život“ attosekundového pulzu
Jak dostanete světelný puls na attosekundovou stupnici? Teoreticky lze kratší světelné pulsy generovat kombinací krátkovlnných laserových pulsů více vlnových délek.
Wei Zhiyi, výzkumník z Fyzikálního ústavu Čínské akademie věd, vysvětlil reportérovi Science and Technology Daily: „K generování nových vlnových délek je potřeba nejen femtosekundový laserový pohon, ale také je třeba se zaměřit na plyn, interakce atomů světla a plynu za vzniku takzvaných vysokých harmonických, vysokých harmonických je cyklus v pohonném laseru, generování dvou cyklů vlny."
V roce 1987 Lhuillier a kolegové zaměřili infračervený laserový paprsek na inertní plyn a zjistili, že produkované harmonické jsou četnější a silnější než ty, které byly dříve produkovány laserovými pohony s kratší vlnovou délkou, a že mnoho pozorovaných harmonických mělo podobnou intenzitu světla.
Další studie zjistily, že za správných okolností se harmonické překrývají, aby vytvořily sérii laserových pulzů v ultrafialovém pásmu, z nichž každý byl dlouhý jen několik set attosekund.
V roce 2001 se Agostinimu a jeho kolegům ve Francii podařilo vygenerovat sérii pulzů trvajících pouhých 250 arsec. Ferenc Krauss a jeho partneři v Rakousku šli jinou cestou, izolovali jednotlivé izolované světelné pulsy trvající 650 úhlových sekund a použili je ke sledování a studiu procesu „vytahování“ elektronů z atomů.
"Je to práce těchto tří vědců, zastoupených výzkumníky po více než deset let, díky vynalézavosti a neutuchajícímu úsilí, aby se ultrarychlá věda dostala do éry attosekund." řekl Wei Zhiyi.
Slibný v řadě oborů „ukaž své dovednosti“
Malý kolibřík může mávat křídly 80krát za sekundu, přičemž lidské oko nevidí, ale pomocí vysokorychlostní kamery může být zarámováno do jasného rámce akce.
"Druhý světelný puls je přesně studium mikroskopického hmotného světa 'vysokorychlostní kamery', může být 'běsnění' elektronu zarámovaného pro pozorování." Wei Zhiyi s nadějí řekl: "Očekává se, že studium a pochopení elektronů v tak krátkém časovém měřítku (v attosekundách) usnadní rychlý vývoj ultrarychlé elektroniky, která jednoho dne může dát vzniknout výkonnějším počítačovým čipům. Umožňuje nám také rozlišovat molekuly na základě jejich elektronických vlastností a využít je k rychlé a přesné diagnostice onemocnění."
Podle Wei Zhiyi v současné době kromě výše uvedených výzkumných týmů v mezinárodním měřítku také řada výzkumných týmů ve Spojených státech, Kanadě, Itálii, Švýcarsku, Japonsku, Jižní Koreji a dalších zemích provádí výzkum generace attosekundové pulzy a jejich aplikace v mnoha oblastech, jako je fyzika, chemie a biologie.
„Například tým profesora Changa Zenghua z University of Central Florida ve Spojených státech vytvořil světový rekord pro nejkratší attosekundový puls dvakrát, v letech 2012 a 2017, a 43-attosekundový puls vytvořený Švýcarským federálním institutem of Technology v roce 2017 dosud držel současný světový rekord za nejkratší dobu. EU zejména postavila zařízení pro extrémní světlo (ELI-ALPS) v Maďarsku, jehož hlavní součástí jsou attosekundové lasery, aby vědcům v různých oborech poskytla provést druhý vědecký výzkum." Wei Zhiyi počítá výsledky v oblasti attosekundy.
Výzkum attosekundových světelných pulzů byl také široce zdůrazněn čínskými vědci. Fyzikální ústav Čínské akademie věd, Šanghajský institut optické mechaniky, Xi'anský institut optické mechaniky, Pekingská univerzita, Východočínská normální univerzita, Národní univerzita obranných technologií, Huazhong University of Science and Technology a další jednotky nesou výzkum v oblasti attosekundové vědy. 2013 skupina Wei Zhiyi poprvé v Číně vygenerovala a změřila izolovaný attosekundový puls o délce 160 attosekund a nyní se dále rozvíjí směrem ke kratší šířce pulsu, vyšším energiím a vyšším opakovacím frekvencím, což poskytne příležitost čínským vědcům. vyvinout vlastní attosekundové lasery. V kombinaci s koncovým zařízením poskytuje přední mezinárodní platformu a zázemí pro výzkum attosekundového laseru v oblastech fyziky kondenzovaných látek, atomové a molekulární fyziky, chemie, biomedicíny, informací a energetiky.