Другий лазер: для божевільної електронної фотографії

Так само, як ми використовуємо світло для спостереження макроскопічного світу навколо нас, ми також можемо використовувати світло для дослідження субатомного світу. Але слід дотримуватися одного принципу: будь-яке вимірювання має бути швидшим за час, необхідний для істотних змін досліджуваної системи, інакше можна отримати лише нечіткі результати.
У молекулі атоми рухаються на фемтосекундній (трильйонній частці секунди, 10^-15 секунд) часовій шкалі, їхні позиції та енергії змінюються від однієї до кількох сотень аттосекунд, а для вимірювання їхнього руху фемтосекундна технологія «може не допоможе.
Наскільки короткою є атосекунда? 1 аттосекунда дорівнює 10^-18 секунд, що становить одну мільярдну мільярдну секунди. 1 аттосекунда еквівалентна 1 секунді віку Всесвіту (13,8 млрд років). Промінь світла, що проходить з одного боку кімнати до протилежної стіни, займає 10 мільярдів кутових секунд.
«Реальне життя» атосекундного імпульсу
Як отримати світловий імпульс в аттосекундній шкалі? Теоретично більш короткі світлові імпульси можна генерувати шляхом поєднання короткохвильових лазерних імпульсів кількох довжин хвиль.
Вей Чжії, науковий співробітник Інституту фізики Академії наук Китаю, пояснив репортеру Science and Technology Daily: «Щоб генерувати хвилі нових довжин, потрібен не тільки фемтосекундний лазерний привід, але також необхідно зосередитися на газі через взаємодія світла й атомів газу для отримання так званих високих гармонік, високі гармоніки — це цикл у приводному лазері, генерація двох циклів хвилі».
У 1987 році Люйє та його колеги сфокусували інфрачервоний лазерний промінь на інертний газ і виявили, що вироблені гармоніки були більш численними та сильнішими, ніж ті, які раніше створювали лазерні приводи з коротшою довжиною хвилі, і що багато спостережуваних гармонік мали однакову інтенсивність світла.
Подальші дослідження виявили, що за відповідних обставин гармоніки накладалися, створюючи серію лазерних імпульсів в ультрафіолетовому діапазоні, кожен з яких тривав лише кілька сотень атосекунд.
У 2001 році Агостіні та його колегам у Франції вдалося створити серію імпульсів тривалістю лише 250 арсек. Ференц Краусс і його партнери в Австрії пішли іншим шляхом, виділяючи окремі ізольовані світлові імпульси тривалістю 650 кутових секунд і використовуючи їх для відстеження та вивчення процесу «витягування» електронів з атомів.
«Це робота цих трьох вчених, представлених дослідниками протягом більше десяти років, завдяки винахідливості та невпинним зусиллям, щоб надшвидка наука перейшла в еру аттосекунд». сказав Вей Чжії.
Перспективний у ряді сфер, «покажи свої навички»
Маленький колібрі може змахувати крилами 80 разів на секунду, чого людське око не бачить, але за допомогою високошвидкісної камери його можна оформити в чіткий кадр дії.
"Другий світловий імпульс - це саме дослідження мікроскопічного матеріального світу" високошвидкісної камери ", може бути" бушуючий "електрон, створений для спостереження". Вей Чжії з надією сказав: «Очікується, що вивчення та розуміння електронів у такому короткому часовому масштабі (атосекунди) сприятиме швидкому розвитку надшвидкої електроніки, яка одного дня може дати початок більш потужним комп’ютерним чіпам. Це також дозволяє нам розрізняти молекули на основі їхніх електронних властивостей і використовувати їх для швидкої та точної діагностики захворювань».
За словами Вей Чжії, на даний момент, окрім вищезазначених дослідницьких груп на міжнародному рівні, ряд дослідницьких груп у Сполучених Штатах, Канаді, Італії, Швейцарії, Японії, Південній Кореї та інших країнах також проводять дослідження щодо покоління аттосекундні імпульси та їх застосування в багатьох галузях, таких як фізика, хімія та біологія.
«Наприклад, команда професора Чанга Зенгу з Університету Центральної Флориди в США встановила світовий рекорд із найкоротшого аттосекундного імпульсу двічі, у 2012 та 2017 роках, і 43-аттосекундний імпульс, створений Швейцарським федеральним інститутом Технології у 2017 році наразі тримав поточний світовий рекорд за найкоротшим.Зокрема, ЄС побудував Extreme Light Facility (ELI-ALPS) в Угорщині з аттосекундними лазерами як основним компонентом, щоб надати вченим у різних галузях проводити атосекундні наукові дослідження». Wei Zhiyi підраховує результати в полі аттосекунд.
Дослідження аттосекундних світлових імпульсів також широко наголошували китайські вчені. Інститут фізики Китайської академії наук, Шанхайський інститут оптичної механіки, Сіаньський інститут оптичної механіки, Пекінський університет, Східно-Китайський педагогічний університет, Національний університет оборонних технологій, Науково-технічний університет Хуачжун та інші підрозділи дослідження в галузі аттосекундної науки. У 2013 році група Вей Чжії вперше в Китаї згенерувала та виміряла ізольований аттосекундний імпульс тривалістю 160 аттосекунд, і зараз продовжує розвиватися в напрямку скорочення ширини імпульсу, вищої енергії та вищої частоти повторення, що дасть можливість китайським ученим розробити власні аттосекундні лазери. У поєднанні з термінальним обладнанням він забезпечує провідну міжнародну платформу та засоби для дослідження аттосекундного лазера в галузях фізики конденсованих середовищ, атомної та молекулярної фізики, хімії, біомедицини, інформації та енергетики.