I fisici della Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sono entrati in un nuovo territorio per quanto riguarda la pulsazione dei fasci di elettroni. Il loro metodo potrebbe presto essere utilizzato per sviluppare microscopi elettronici adatti a scale temporali ultra brevi, come quelle necessarie per osservare il movimento degli atomi.

I microscopi elettronici hanno aperto un mondo completamente nuovo ai ricercatori:i dispositivi di scansione e trasmissione all'avanguardia ora possono persino visualizzare i singoli atomi. Nonostante il raggiungimento di questa risoluzione enormemente alta, operare con un fascio di elettroni costante ha i suoi svantaggi. Reazioni ultrarapide, come la rottura di legami chimici o le vibrazioni degli atomi, non può essere ripreso con questo metodo. A causa di questo problema, negli ultimi anni sono stati sviluppati microscopi che utilizzano fasci di elettroni pulsati. "Questo può essere paragonato a uno stroboscopio che cattura il movimento dell'oggetto di prova utilizzando una rapida sequenza di lampi, " spiega il professor Peter Hommelhoff, Cattedra di Fisica Laser alla FAU. "Questo principio è stato ora applicato agli impulsi di elettroni".

Elettroni controllati dal laser

La sfida particolare qui è quella di generare impulsi che siano il più brevi possibile, poiché i "pacchetti" di elettroni con lunghezze più brevi riducono la scala temporale in cui possono essere visualizzati i movimenti atomici. Usando un laser per manipolare un flusso di elettroni, sono riusciti a produrre pacchetti di elettroni con una lunghezza di 1,3 femtosecondi:un femtosecondo è equivalente a un milionesimo di miliardesimo di secondo. Per realizzare questo, i fisici dovevano dirigere un fascio di elettroni sulla superficie di un reticolo di silicio, dove hanno sovrapposto il campo ottico da impulsi laser su di esso in due sezioni. Dott. Martin Kozak, un membro del team di Hommelhoff e autore principale dello studio, spiega:"Utilizziamo il laser per controllare la frequenza del campo periodico e sincronizzarlo con la velocità degli elettroni. Ciò consente agli elettroni di guadagnare o perdere energia, e possiamo generare pacchetti ultracorti da un raggio continuo."

Sono possibili impulsi nell'intervallo degli attosecondi

Oltre a questa accelerazione e decelerazione controllate, i fisici della FAU sono riusciti a deviare lateralmente gli elettroni da un reticolo di silicio angolato utilizzando impulsi laser. Gli elettroni vengono deviati in una direzione o nell'altra, dipende esattamente da quando interagiscono con il campo laser. Questo metodo di rilevamento viene utilizzato anche nelle telecamere di serie, che hanno già raggiunto risoluzioni nell'intervallo dei femtosecondi. Il metodo sviluppato a Erlangen raggiungerà effettivamente risoluzioni temporali dell'ordine degli attosecondi o di un miliardesimo di un miliardesimo di secondo. Un'applicazione in cui vengono utilizzate le telecamere a strisce è l'osservazione della propagazione della luce.