Il layout per la generazione di impulsi di raggi X ad attosecondi (a) utilizzando un laser di rotazione del fronte d'onda (b) generato attraverso una configurazione a doppio reticolo (c). Credito:Scienza Ultraveloce
La scienza ultraveloce ha fatto grandi progressi negli ultimi anni. Gli impulsi di attosecondi con energie fotoniche che si trovano nella gamma di raggi X morbidi corrispondenti ai bordi di assorbimento fondamentali della materia consentono lo studio della dinamica elettronica in campioni biologici vivi e materiali semiconduttori di nuova generazione, come diamante e grafene.
L'urgente necessità di intensi impulsi ad attosecondi alle lunghezze d'onda dei raggi X, specialmente nell'intervallo della finestra d'acqua, ha promosso lo sviluppo di laser a elettroni liberi (FEL) a raggi X ad attosecondi. Un metodo comune per la produzione di impulsi ultraveloci è la tecnica ESASE (Enhanced Self-Amplified spontanea emissione), e ci sono molti miglioramenti basati su ESASE per aumentare ulteriormente la potenza di picco o ridurre la durata dell'impulso.
È ancora molto difficile generare impulsi di raggi X stabili e isolati con durate di diverse decine di attosecondi, poiché SASE inizia dal rumore del fascio di elettroni e la durata più breve dell'impulso è infine limitata dalla lunghezza dello slippage. Per superare questi problemi, sono stati proposti diversi metodi basati sulla generazione di armoniche abilitate all'eco (EEHG). Tuttavia, in questi metodi sono generalmente richiesti impulsi laser di pochi cicli, il che comporta ulteriori sfide per la generazione e la trasmissione del laser.
Gli autori del nuovo lavoro pubblicato su Ultrafast Science proporre un metodo semplice e fattibile basato su EEHG per generare intensi impulsi di raggi X isolati che coprono l'intervallo della finestra d'acqua con una durata di decine di attosecondi. Lo schema dello schema proposto è simile alla configurazione EEHG convenzionale. La differenza è che il secondo laser seme viene sostituito da un laser a rotazione del fronte d'onda (WFR), ovvero il laser seme viene inviato attraverso un elemento di dispersione, ad esempio doppi reticoli, per indurre l'accoppiamento spazio-temporale e controllare il fronte d'onda del raggio.
Spazio delle fasi del fascio di elettroni al centro (a) e ai lati (b) prima del radiatore. Credito:Scienza Ultraveloce
La funzione del laser WFR è quella di adattare il profilo longitudinale dell'impulso di radiazione. A causa della sensibilità del FEL seminato ai laser esterni, questo metodo può inibire efficacemente il raggruppamento su entrambi i lati preservando un raggruppamento isolato nel mezzo.
Gli impulsi isolati ad attosecondi generati sono una sincronizzazione naturale con i laser esterni, rendendoli in grado di guidare esperimenti con sonda a pompa ad alta risoluzione e fornendo una nuova strada per le scienze degli attosecondi. Rispetto ai metodi precedenti con laser a pochi cicli, il metodo proposto richiede solo un laser convenzionale da 100 fs, che riduce notevolmente i requisiti per il laser per semi e lo rende affidabile sulla base delle strutture FEL attualmente esistenti.
Questo tipo di sorgenti luminose di raggi X coerenti può consentire di studiare la dinamica elettronica degli elettroni di valenza con una scala temporale di circa 100 attosecondi e può aprire una nuova frontiera della scienza ultraveloce. + Esplora ulteriormente
