I ricercatori dell'Università della Florida centrale stanno rendendo il campo all'avanguardia della scienza degli attosecondi più accessibile ai ricercatori di tutte le discipline.

Il loro metodo per aiutare ad aprire il campo è dettagliato in un nuovo studio pubblicato oggi sulla rivista Progressi scientifici .

Un attosecondo è un miliardesimo di miliardesimo di secondo, e la capacità di effettuare misurazioni con precisione ad attosecondi consente ai ricercatori di studiare il movimento rapido degli elettroni all'interno di atomi e molecole nella loro scala temporale naturale.

La misurazione di questo movimento veloce può aiutare i ricercatori a comprendere gli aspetti fondamentali di come la luce interagisce con la materia, che può informare gli sforzi per raccogliere l'energia solare per la produzione di energia, rilevare armi chimiche e biologiche, eseguire diagnosi mediche e altro ancora.

"Una delle principali sfide della scienza degli attosecondi è che si basa su strutture laser di livello mondiale, "dice Michele Chini, un assistente professore nel Dipartimento di Fisica dell'UCF e il ricercatore principale dello studio. "Siamo fortunati ad averne uno qui in UCF, e ce ne sono probabilmente un'altra dozzina in tutto il mondo. Ma sfortunatamente, nessuno di loro è veramente gestito come "strutture per gli utenti, ' dove scienziati di altri campi possono entrare e usarli per la ricerca."

Questa mancanza di accesso crea una barriera per i chimici, biologi, scienziati dei materiali e altri che potrebbero trarre vantaggio dall'applicazione di tecniche scientifiche ad attosecondi nei loro campi, Chini dice.

"Il nostro lavoro è un grande passo avanti nella direzione di rendere gli impulsi ad attosecondi più ampiamente accessibili, "dice Chini.

"Mostriamo che i laser di livello industriale, che può essere acquistato commercialmente da dozzine di fornitori con un prezzo di circa $ 100, 000, ora può essere utilizzato per generare impulsi ad attosecondi."

Chini afferma che la configurazione è semplice e può funzionare con un'ampia varietà di laser con parametri diversi.

La scienza dell'attosecondo funziona un po' come il sonar o la mappatura laser 3D, ma in scala molto più ridotta. Quando un impulso di luce ad attosecondi passa attraverso un materiale, l'interazione con gli elettroni nel materiale distorce l'impulso. La misurazione di queste distorsioni consente ai ricercatori di costruire immagini degli elettroni e di filmare il loro movimento.

Tipicamente, gli scienziati hanno utilizzato sistemi laser complessi, che richiedono grandi strutture di laboratorio e ambienti sterili, come i laser guida per la scienza ad attosecondi.

La produzione degli impulsi di luce estremamente brevi necessari per la ricerca sugli attosecondi, essenzialmente costituiti da un solo ciclo di oscillazione di un'onda elettromagnetica, ha inoltre richiesto la propagazione del laser attraverso tubi riempiti di gas nobili, come xeno o argon, per comprimere ulteriormente gli impulsi nel tempo.

Ma il team di Chini ha sviluppato un modo per ottenere impulsi così brevi dai laser di livello industriale più comunemente disponibili, che in precedenza poteva produrre solo impulsi molto più lunghi.

Comprimono circa 100 cicli di impulsi dai laser di livello industriale utilizzando gas molecolari, come il protossido di azoto, nei tubi invece dei gas nobili e variando la lunghezza degli impulsi che inviano attraverso il gas.

Nella loro carta, dimostrano compressione a soli 1,6 cicli, e gli impulsi a ciclo singolo sono alla portata della tecnica, dicono i ricercatori.

La scelta del gas e la durata degli impulsi sono fondamentali, dice John Beetar, uno studente di dottorato nel Dipartimento di Fisica dell'UCF e l'autore principale dello studio.

"Se il tubo è riempito con un gas molecolare, ed in particolare un gas di molecole lineari, può esserci un effetto potenziato dovuto alla tendenza delle molecole ad allinearsi con il campo laser, "dice Beetar.

"Però, questo miglioramento causato dall'allineamento è presente solo se gli impulsi sono sufficientemente lunghi da indurre l'allineamento rotazionale e sperimentare l'effetto da esso causato, " dice. "La scelta del gas è importante poiché il tempo di allineamento rotazionale dipende dall'inerzia della molecola, e per massimizzare il miglioramento vogliamo che questo coincida con la durata dei nostri impulsi laser."

"La riduzione della complessità associata all'utilizzo di una pubblicità, il laser di livello industriale potrebbe rendere la scienza ad attosecondi più accessibile e potrebbe consentire applicazioni interdisciplinari da parte di scienziati con un background laser scarso o nullo, "dice Beetar.