I fisici della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hanno generato con successo impulsi di elettroni controllati nell'intervallo degli attosecondi. Hanno usato onde ottiche che viaggiano formate da impulsi laser di lunghezze d'onda variabili. I movimenti degli elettroni negli atomi sono stati rivelati utilizzando impulsi di elettroni liberi ad attosecondi. I risultati dei ricercatori di Erlangen sono stati pubblicati nell'acclamata rivista Lettere di revisione fisica .

Da diversi anni gli scienziati stanno ricercando modi per generare pacchetti di elettroni in tempi estremamente brevi. Tali impulsi consentono di tracciare movimenti ultraveloci, Per esempio, vibrazioni nei reticoli atomici, transizioni di fase nei materiali o legami molecolari nelle reazioni chimiche. "Più breve è il polso, più veloci sono i movimenti che possono essere mappati, " spiega il Prof. Dr. Peter Hommelhoff, Cattedra di Fisica Laser alla FAU. "Però, questo comporta anche la sfida speciale di come controllare i pacchetti di elettroni." L'anno scorso, Hommelhoff e il suo team hanno generato con successo impulsi di elettroni periodici con una durata di 1,3 femtosecondi:un femtosecondo è un quadrilionesimo di secondo. Fare così, hanno diretto un fascio continuo di elettroni su un reticolo di silicio e lo hanno sovrapposto al campo ottico degli impulsi laser.

I ricercatori della FAU ora hanno fatto di meglio e hanno generato impulsi di elettroni di 0,3 femtosecondi o 300 attosecondi. I laser sono stati utilizzati anche per questo metodo. in primo luogo, pacchetti di elettroni vengono emessi da una sorgente di elettroni utilizzando impulsi laser ultravioletti. Questi pacchetti interagiscono quindi con onde ottiche che viaggiano formate nel vuoto da due impulsi laser a infrarossi di lunghezze d'onda variabili. "L'interazione ponderomotrice provoca uno spostamento nella densità elettronica, " spiega Norbert Schönenberger, ricercatore presso la cattedra del Prof. Hommelhoff e coautore dello studio. "Scomponiamo il pacchetto di elettroni in una certa misura in pacchetti ancora più piccoli per generare impulsi di elettroni nell'intervallo degli attosecondi. Il ritardo nell'arrivo dei raggi laser ci consente di generare onde di viaggio specifiche e quindi di controllare con precisione i treni di impulsi. "

Questo metodo sviluppato dai fisici della FAU potrebbe rivoluzionare gli esperimenti di diffrazione elettronica e microscopia. In futuro, gli impulsi ad attosecondi non solo potranno essere usati per tracciare i movimenti degli atomi, ma anche per mostrare la dinamica degli elettroni all'interno degli atomi, molecole e corpi solidi. I risultati sono stati pubblicati con il titolo "Ponderomotive Generation and Detection of Attosecond Free-Electron Pulse Trains" nella rinomata rivista Lettere di revisione fisica .