«Медлительность» электронов подтверждена опытом

Создав и использовав первый аттосекундный оптический импульс, ученые из Лаборатории аттосекундной физики измерили время реакции электронов внутри атомов на световое излучение.

В гонке сделать электронику все быстрее свет может играть важную роль. Например, с помощью световых импульсов с точно управляемой формой волны физики стремятся переключать электрические токи в электронных цепях со световыми частотами. Но будут ли электроны в таких схемах следовать световым колебаниям мгновенно? Как быстро электроны будут реагировать на нажатия "световой" кнопки? Или с более фундаментальной точки зрения, как быстро электроны, связанные в атомах, молекулах или твердых телах, реагируют на свет? В настоящее время международное сотрудничество физиков во главе с д-ром Элефтериосом Гулиелмакисом (Eleftherios Goulielmakis), руководителем исследовательской группы "Аттоэлектроника" в Институте квантовой оптики Макса Планка, исследователями из Texas A&M University, США, и Московского государственного университета впервые удалось отследить влияние этой задержки. Путем создания первого аттосекундного оптического импульса и использования его для отслеживания в движении электронов в атомах криптона они обнаружили, что проходит не менее 100 аттосекунд до реакции электронов на электромагнитные силы света.

Хотя электроны являются легчайшими частицы за пределами атомного ядра, квантовая механика предсказывает, что при воздействии света для реакции необходим крайне малый, но конечный отрезок времени. Но этот отрезок времени, по прогнозам, будет чрезвычайно коротким, от десятков до сотен аттосекунд. Благодаря своей краткости такое явление рассматривалось учеными на протяжении многих десятилетий как неизмеримое.

«Предпосылкой для захвата такого краткого события является вспышка света, которая может поляризовать электроны чрезвычайно быстро, и, таким образом, исследовать их реакцию», - сказал д-р Мохаммед Хассан (Mohammed Hassan), исследователь из группы д-ра Гулиелмакиса. С помощью синтезатора светового поля, устройства, которое может управлять свойствами видимого света и близлежащих инфракрасных и ультрафиолетовых частот, ученые смогли получить видимые световые импульсы длительностью 380 аттосекунд. Эти световые импульсы настолько коротки, что они вызывали чуть больше половины колебания светового поля в своем профиле времени. Это делает их самыми быстрыми когда-либо созданными импульсами видимого света.

С помощью этого нового инструмента исследователи осветили атомы криптона аттосекундными оптическими импульсами. Они выполнили несколько экспериментов, каждый раз с импульсом, который воздействовал на электроны с несколько иной силой. Для того чтобы проверить реакцию электронов, они измеряли в вакууме ультрафиолетовое излучение раскачанных электронов. По результатам измерений ученые были в состоянии заключить, что электронам нужно 100 аттосекунд, чтобы отреагировать на воздействие света.

«Наше исследование закрывает вопрос основной динамической реакции вещества на световые поля, стоявший перед учеными несколько десятилетий. От исследований вращения и движения ядер в молекулах, выполненных в последние десятилетия с помощью фемтосекундной технологии, мы можем впервые проследить в реальном масштабе времени отклик электронов, связанных в атомах, - сказал д-р Гулиелмакис. - В то же время это открывает новую эру исследования и манипулирования материей на электронном уровне».

Оптические аттосекундные вспышки захватывают движение медлительных электронов

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365