Pesquisadores da SAGA Light Source, a Universidade de Toyama, A Universidade de Hiroshima e o Instituto de Ciência Molecular demonstraram um método para controlar a forma e a orientação de uma nuvem de elétrons em um átomo, ajustando o espaçamento de attossegundos em um pulso duplo de radiação síncrotron.

Trabalhando como uma equipe de pesquisa colaborativa, Tatsuo Kaneyasu (SAGA Light Source / Institute for Molecular Science), Yasumasa Hikosaka (Universidade de Toyama), Masahiro Katoh (Universidade de Hiroshima / Instituto de Ciência Molecular) e colegas de trabalho inventaram uma maneira de manipular a forma de uma nuvem de elétrons em um átomo usando a técnica de controle coerente com radiação síncrotron. O trabalho, que foi publicado em Cartas de revisão física , abre o caminho para o controle ultrarrápido de sistemas eletrônicos usando radiação síncrotron.

Controlar e sondar o movimento eletrônico em átomos e moléculas em sua escala de tempo natural de attossegundos é uma das fronteiras da física atômica e da física dos attossegundos. Graças aos avanços na tecnologia de laser, uma série de experimentos de attossegundo foram realizados com pulsos de laser ultracurtos. Em contraste, esta equipe de pesquisa apresentou uma nova rota para o controle coerente de attossegundo de sistemas eletrônicos usando radiação síncrotron. O uso potencial de radiação ondulatória como pacotes de ondas coerentes longitudinalmente foi demonstrado por meio do controle da população na fotoexcitação de átomos de hélio [Y. Hikosaka et al., Nature Commun. 10, 4988 (2019)]. O próximo desafio foi a aplicação das propriedades de polarização da radiação síncrotron para controle coerente.

O último artigo da equipe, publicado recentemente em Cartas de revisão física , relata uma observação bem-sucedida do controle da nuvem de elétrons em um átomo de hélio. Pares de pacotes de ondas de radiação polarizados circularmente à esquerda e à direita foram gerados usando dois onduladores helicoidais. A duração de cada par de pacotes de ondas era de alguns femtossegundos, e radiação ultravioleta extrema foi usada para irradiar átomos de hélio. Com esta técnica, eles conseguiram controlar a forma e a orientação da nuvem de elétrons, formado como um estado de superposição coerente, ajustando o atraso de tempo entre os dois pacotes de onda no nível attosegundo.

Em contraste com a tecnologia laser padrão, não há nenhuma restrição técnica à extensão deste método para comprimentos de onda cada vez mais curtos. Esta nova capacidade da radiação síncrotron não apenas ajuda os cientistas a estudar fenômenos ultrarrápidos em processos atômicos e moleculares, mas também pode abrir novas aplicações no desenvolvimento de materiais funcionais e dispositivos eletrônicos no futuro.