Os pesquisadores da University of Central Florida estão tornando o campo de ponta da ciência attosecond mais acessível a pesquisadores de todas as disciplinas.

Seu método para ajudar a abrir o campo é detalhado em um novo estudo publicado hoje na revista. Avanços da Ciência .

Um attossegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de um segundo, e a capacidade de fazer medições com precisão de attossegundos permite aos pesquisadores estudar o movimento rápido dos elétrons dentro dos átomos e moléculas em sua escala de tempo natural.

Medir esse movimento rápido pode ajudar os pesquisadores a entender os aspectos fundamentais de como a luz interage com a matéria, que pode informar os esforços para colher energia solar para geração de energia, detectar armas químicas e biológicas, realizar diagnósticos médicos e muito mais.

"Um dos principais desafios da ciência da attosegundo é que ela depende de instalações de laser de classe mundial, "diz Michael Chini, professor assistente no Departamento de Física da UCF e investigador principal do estudo. “Temos a sorte de ter um aqui na UCF, e provavelmente há outra dúzia em todo o mundo. Mas infelizmente, nenhum deles é realmente operado como 'instalações do usuário, 'onde cientistas de outras áreas podem entrar e usá-los para pesquisa. "

Essa falta de acesso cria uma barreira para os químicos, biólogos, cientistas de materiais e outros que poderiam se beneficiar da aplicação de técnicas da attosecond science em seus campos, Chini diz.

"Nosso trabalho é um grande passo na direção de tornar os pulsos de attosegundos mais acessíveis, "Chini diz.

"Mostramos que os lasers de nível industrial, que pode ser adquirido comercialmente de dezenas de fornecedores com um preço de cerca de US $ 100, 000, agora pode ser usado para gerar pulsos de attossegundos. "

Chini diz que a configuração é simples e pode funcionar com uma grande variedade de lasers com parâmetros diferentes.

A ciência do Attosecond funciona como um sonar ou mapeamento a laser 3-D, mas em uma escala muito menor. Quando um pulso de luz de attossegundo passa por um material, a interação com elétrons no material distorce o pulso. Medir essas distorções permite que os pesquisadores construam imagens dos elétrons e façam filmes de seus movimentos.

Tipicamente, cientistas usaram sistemas complexos de laser, exigindo grandes instalações de laboratório e ambientes de sala limpa, como os lasers condutores para a ciência attosecond.

A produção de pulsos de luz extremamente curtos necessários para a pesquisa de attossegundos - consistindo essencialmente em apenas um único ciclo de oscilação de uma onda eletromagnética - exigiu ainda mais a propagação do laser através de tubos cheios de gases nobres, como xenônio ou argônio, para comprimir ainda mais os pulsos no tempo.

Mas a equipe de Chini desenvolveu uma maneira de obter esses pulsos de poucos ciclos dos lasers de nível industrial mais comumente disponíveis, que anteriormente só podia produzir pulsos muito mais longos.

Eles comprimem pulsos de aproximadamente 100 ciclos dos lasers de nível industrial usando gases moleculares, como óxido nitroso, nos tubos em vez de gases nobres e variando a duração dos pulsos que eles enviam através do gás.

Em seu jornal, eles demonstram compressão para apenas 1,6 ciclos, e pulsos de ciclo único estão ao alcance da técnica, dizem os pesquisadores.

A escolha do gás e a duração dos pulsos são fundamentais, diz John Beetar, um aluno de doutorado no Departamento de Física da UCF e o autor principal do estudo.

"Se o tubo for preenchido com um gás molecular, e, em particular, um gás de moléculas lineares, pode haver um efeito intensificado devido à tendência das moléculas de se alinharem com o campo do laser, "Beetar diz.

"Contudo, este aumento causado pelo alinhamento está presente apenas se os pulsos forem longos o suficiente para induzir o alinhamento rotacional e experimentar o efeito causado por ele, "diz ele." A escolha do gás é importante, pois o tempo de alinhamento rotacional depende da inércia da molécula, e para maximizar o aprimoramento, queremos que ele coincida com a duração de nossos pulsos de laser. "

"A redução da complexidade associada ao uso de um comercial, o laser de nível industrial poderia tornar a ciência attosegunda mais acessível e permitir aplicações interdisciplinares por cientistas com pouca ou nenhuma experiência em laser, "Beetar diz.