Natuurkundigen van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hebben met succes gecontroleerde elektronenpulsen in het attoseconde-bereik gegenereerd. Ze gebruikten optische lopende golven gevormd door laserpulsen van verschillende golflengten. De bewegingen van elektronen in atomen werden onthuld met behulp van attoseconde vrije elektronenpulsen. De bevindingen van de onderzoekers uit Erlangen zijn gepubliceerd in het veelgeprezen tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .

Wetenschappers hebben jarenlang onderzoek gedaan naar manieren om elektronenpakketten in extreem korte tijdschalen te genereren. Met dergelijke pulsen kunnen ultrasnelle bewegingen worden gevolgd, bijvoorbeeld, trillingen in atoomroosters, faseovergangen in materialen of moleculaire bindingen in chemische reacties. "Hoe korter de pols, hoe sneller de bewegingen die in kaart kunnen worden gebracht, " legt prof. dr. Peter Hommelhoff uit, Leerstoel Laser Physics bij FAU. "Echter, dit brengt ook de speciale uitdaging met zich mee hoe de elektronenpakketten moeten worden gecontroleerd." Vorig jaar Hommelhoff en zijn team hebben met succes periodieke elektronenpulsen gegenereerd met een duur van 1,3 femtoseconden - een femtoseconde is een quadriljoenste van een seconde. Om dit te doen, ze richtten een continue elektronenbundel over een siliciumrooster en legden daarop het optische veld van laserpulsen.

De onderzoekers van FAU zijn nu nog een stap verder gegaan en hebben elektronenpulsen gegenereerd van 0,3 femtoseconden of 300 attoseconden. Voor deze methode werden ook lasers gebruikt. Ten eerste, pakketjes elektronen worden uitgezonden door een elektronenbron met behulp van ultraviolette laserpulsen. Deze pakketten werken vervolgens samen met optische lopende golven die in een vacuüm worden gevormd door twee infrarode laserpulsen van verschillende golflengten. "De ponderomotorische interactie veroorzaakt een verschuiving in de elektronendichtheid, " legt Norbert Schönenberger uit, een onderzoeker bij de leerstoel van prof. Hommelhoff en co-auteur van de studie. "We splitsen het elektronenpakket tot op zekere hoogte op in nog kleinere pakketjes om elektronenpulsen in het attoseconde bereik te genereren. De vertraging in de aankomst van de laserstralen stelt ons in staat om specifieke lopende golven te genereren en zo de pulstreinen nauwkeurig te besturen. "

Deze methode, ontwikkeld door de natuurkundigen van de FAU, zou een revolutie teweeg kunnen brengen in experimenten op het gebied van elektronendiffractie en microscopie. In de toekomst, Attoseconde pulsen zullen niet alleen kunnen worden gebruikt om de bewegingen van atomen te volgen, maar ook om de dynamiek van elektronen binnen atomen te laten zien, moleculen en vaste lichamen. De resultaten zijn gepubliceerd onder de titel 'Ponderomotive Generation and Detection of Attosecond Free-Electron Pulse Trains' in het gerenommeerde tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .