Recentemente, um grupo de pesquisa do Instituto de Óptica e Mecânica Fina de Xangai da Academia Chinesa de Ciências (CAS) observou franjas de feixes de elétrons periódicas induzidas pelo campo de laser de femtossegundo.

Esses cientistas demonstraram pela primeira vez a metrologia direta da dinâmica do elétron de attossegundo com resolução temporal sem precedentes. Este trabalho foi publicado em Nature Photonics em 30 de novembro, 2020.

A interação de elétrons e fótons é fundamental para a física microcósmica. A revelação da dinâmica eletrônica ultrarrápida conduzida por um campo de luz levou a um grande progresso na difração de elétrons ultrarrápida e microscopia, câmeras ultra-rápidas, e lasers de elétrons livres. Essas dinâmicas subjacentes estão escondidas abaixo da escala de tempo de femtossegundos, portanto, a exploração e o rastreamento da dinâmica de carga envolvida nessas aplicações exigem uma resolução temporal cada vez maior para explorar totalmente seu potencial. Contudo, o acesso direto à caracterização do campo óptico de um pulso de elétron livre permanece um desafio devido às dificuldades em alcançar o casamento de fase entre o campo óptico e o elétron.

Neste estudo, a sondagem direta da dinâmica de attossegundos de trens de pulso de elétrons livres foi alcançada com uma resolução comparável por uma nova modalidade do conceito básico de imagem em sequência, onde o streaking é controlado por um campo de laser infravermelho sub-relativístico (Figura a).

Usando laser de alto contraste e espelho de plasma, o pulso de elétron emitido permaneceu em uma determinada fase do campo elétrico do laser (Figura b), que em grande parte mitigou os desafios de sincronização de tempo. Com o campo de laser refletido servindo como um campo de listras, os pulsos de elétrons de attossegundo gerados em diferentes ciclos ópticos podem ser separados transversalmente no campo distante.

De acordo com a imagem de campo distante, a deflexão que varia temporalmente "risca" a localização dos elétrons na tela, mapear o perfil temporal dos pulsos de elétrons para uma distribuição espacial (Figura c). Três grupos de elétrons ejetados respectivamente na borda ascendente (I), na região adjacente do pico (II), e na cauda do pulso de laser (III) experimentou diferentes processos ultrarrápidos no campo do laser.

Esta observação experimental confirma a abordagem de explorar o mapeamento tempo-espaço induzido por um campo de laser para investigar a dinâmica ultrarrápida de cargas em uma superfície de plasma com resolução de attossegundos. Uma velocidade instantânea de estrias de até 60 μrad / as foi alcançada, apresentando progresso de ordens de magnitude na velocidade de estrias sobre os concorrentes THz.

Essa abordagem direta no domínio do espaço abre a porta para uma metrologia de attosegundo versátil e abre caminho para a eletrônica de ondas de luz no futuro.