Ricercatori presso SAGA Light Source, l'Università di Toyama, L'Università di Hiroshima e l'Institute for Molecular Science hanno dimostrato un metodo per controllare la forma e l'orientamento di una nuvola di elettroni in un atomo sintonizzando la spaziatura degli attosecondi in un doppio impulso di radiazione di sincrotrone.

Lavorando come un team di ricerca collaborativo, Tatsuo Kaneyasu (Sorgente luminosa SAGA/Istituto di scienze molecolari), Yasumasa Hikosaka (Università di Toyama), Masahiro Katoh (Hiroshima University/Institute for Molecular Science) e colleghi hanno inventato un modo per manipolare la forma di una nuvola di elettroni in un atomo usando la tecnica di controllo coerente con la radiazione di sincrotrone. Il lavoro, che è stato pubblicato in Lettere di revisione fisica , apre la strada al controllo ultrarapido dei sistemi elettronici mediante radiazione di sincrotrone.

Controllare e sondare il movimento elettronico in atomi e molecole sulla loro scala temporale naturale di attosecondi è una delle frontiere della fisica atomica e della fisica degli attosecondi. Grazie ai progressi della tecnologia laser, sono stati eseguiti numerosi esperimenti ad attosecondi con impulsi laser ultracorti. In contrasto, questo gruppo di ricerca ha presentato una nuova strada per il controllo coerente ad attosecondi dei sistemi elettronici utilizzando la radiazione di sincrotrone. Il potenziale uso della radiazione ondulatoria come pacchetti d'onda coerenti longitudinalmente è stato dimostrato ottenendo il controllo della popolazione nella fotoeccitazione degli atomi di elio [Y. Hikosaka et al., Natura Comuni. 10, 4988 (2019)]. La sfida successiva è stata l'applicazione delle proprietà di polarizzazione della radiazione di sincrotrone al controllo coerente.

L'ultimo documento della squadra, recentemente pubblicato in Lettere di revisione fisica , riporta un'osservazione riuscita del controllo della nuvola di elettroni in un atomo di elio. Coppie di pacchetti di onde di radiazione polarizzate circolarmente sinistra e destra sono state generate utilizzando due ondulatori elicoidali. La durata di ciascuna coppia di pacchetti d'onda era di pochi femtosecondi, e la radiazione ultravioletta estrema è stata usata per irradiare gli atomi di elio. Con questa tecnica sono riusciti a controllare la forma e l'orientamento della nuvola di elettroni, formato come uno stato di sovrapposizione coerente, sintonizzando il ritardo temporale tra i due pacchetti d'onda a livello di attosecondi.

A differenza della tecnologia laser standard, non vi è alcuna restrizione tecnica all'estensione di questo metodo a lunghezze d'onda sempre più corte. Questa nuova capacità della radiazione di sincrotrone non solo aiuta gli scienziati a studiare i fenomeni ultraveloci nei processi atomici e molecolari, ma potrebbe anche aprire nuove applicazioni nello sviluppo di materiali funzionali e dispositivi elettronici in futuro.