Um novo capítulo para espectroscopia de todos os attossegundos:pesquisadores alcançam taxa de repetição de 1 quilohertz
Configuração experimental para espectroscopia de sonda de attosegundo com bomba de attossegundos. Os pulsos NIR são focados atrás de um jato de gás pulsado, onde pulsos de attossegundos são gerados. A alguma distância do jato de gás, meios-espelhos esféricos são usados para selecionar e focar espectralmente a bomba de attossegundos e os pulsos da sonda. Os íons gerados são registrados usando um espectrômetro de imagem de mapa de velocidade. Crédito:MBI / Mikhail Volkov Uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Born em Berlim demonstrou, pela primeira vez, a espectroscopia de sonda de attosegundo com bomba de attosegundo (APAPS) a uma taxa de repetição de 1 quilohertz. Isto se tornou possível através do desenvolvimento de uma fonte compacta e intensa de attossegundos usando uma geometria de geração fora de foco. A abordagem abre novos caminhos para a investigação da dinâmica de elétrons extremamente rápida no regime de attossegundos.
A primeira geração de pulsos de attosegundo (1 attosegundo corresponde a 10
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segundos) na virada deste século permitiu insights sem precedentes sobre o mundo dos elétrons. Por seu trabalho pioneiro, que primeiro levou à demonstração de pulsos de attossegundos em 2001, Anne L'Huillier, Pierre Agostini e Ferenc Krausz receberam o Prêmio Nobel de Física em 2023.
As técnicas atuais de attossegundos, no entanto, apresentam uma desvantagem importante:para poder gravar um filme em um experimento de sonda de bomba, um pulso de attosegundo normalmente precisa ser combinado com um pulso de femtossegundo (1 femtossegundo corresponde a 10
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segundos) cujos ciclos ópticos (alguns femtossegundos de duração) são usados como um relógio com resolução de attossegundos. Isto constitui uma limitação para a investigação da dinâmica de elétrons em escalas de tempo de attossegundos.
Desde a primeira demonstração de pulsos de attossegundos, tem sido o sonho de muitos cientistas realizar experimentos nos quais um primeiro pulso de bomba de attossegundos inicia a dinâmica eletrônica em um átomo, uma molécula ou uma amostra de estado sólido, e onde uma segunda sonda de attossegundos O pulso interroga o sistema em diferentes atrasos de tempo.
Este objetivo revelou-se muito desafiador porque requer pulsos intensos de attossegundos. No entanto, o processo subjacente de geração de altas harmônicas (HHG) é muito ineficiente. Como resultado, apenas muito poucas demonstrações de prova de princípio de espectroscopia de sonda de attosegundo com bomba de attosegundo (APAPS) foram relatadas, que fizeram uso de grandes configurações e sistemas de laser especializados operando em baixas taxas de repetição (10–120 Hertz). APAPS de duas cores. A geração de Ar
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, iniciado por um pulso de bomba de attossegundos de banda larga com uma energia de fótons em torno de 20 eV, é testado por um segundo pulso com uma energia de fótons central de 33,5 eV. Isto está acima do segundo potencial de ionização do Ar, produzindo assim Ar
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. O aumento do Ar
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o rendimento de íons em torno do atraso zero é explicado pela geração mais eficiente de Ar
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quando o pulso da sonda segue o pulso da bomba. A inserção mostra um ajuste da estrutura do pulso de attossegundos. Crédito:MBI / Bernd Schütte Uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Born (MBI) em Berlim demonstrou agora uma abordagem diferente, permitindo-lhes realizar experimentos APAPS usando uma configuração muito mais compacta. Para isso, eles usaram um laser de acionamento pronto para uso com taxa de repetição de quilohertz. Isto resultou numa operação substancialmente mais estável, que é um requisito fundamental para o sucesso da implementação da APAPS.
Os cientistas usaram pulsos de laser infravermelho para a geração de pulsos de attossegundos em um jato de gás. Em contraste com a forma como os pulsos de attossegundos são normalmente gerados, no entanto, eles tiveram a ideia de colocar o jato de gás não perto do foco do laser, mas a alguma distância dele. Como resultado, foram gerados pulsos de attossegundos com uma energia de pulso relativamente alta e um pequeno tamanho de fonte virtual, o que, após refocagem, permitiu aos pesquisadores obter pulsos de attossegundos de alta intensidade.
Os pesquisadores fizeram uso dessa fonte estável e intensa de attossegundos realizando um experimento APAPS, no qual átomos de argônio foram ionizados por um pulso de bomba de attossegundos, resultando na geração de Ar
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com carga única. íons. A formação desses íons foi sondada por um pulso de sonda de attossegundos, levando a uma ionização adicional e à formação de Ar
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duplamente carregado. íons.
Os resultados foram um aumento do Ar
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o rendimento de íons em uma escala de tempo muito rápida é observado. Isto mostra que os pulsos da bomba e da sonda envolvidos realmente têm durações de pulso de attossegundos.
As modestas energias de pulso de condução infravermelha usadas neste estudo abrem caminho para a realização de experimentos APAPS com taxas de repetição ainda mais altas, até o nível de megahertz. Os sistemas de laser necessários para conduzir esses experimentos já estão disponíveis ou em desenvolvimento. Como resultado, o novo conceito pode permitir insights sem precedentes sobre o mundo dos elétrons em escalas de tempo extremamente curtas, que não são acessíveis pelas atuais técnicas de attossegundos.
As descobertas foram publicadas na revista Science Advances .
Mais informações: Martin Kretschmar et al, Realização compacta de espectroscopia de bomba-sonda em todos os attossegundos, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk9605 Informações do diário: Avanços da ciência
Fornecido pelo Instituto Max Born de Óptica Não Linear e Espectroscopia de Pulso Curto (MBI)
