Wanneer licht interageert met een spiegel die ernaartoe beweegt met een snelheid die dicht bij de lichtsnelheid ligt, de golflengte ervan wordt verschoven naar het extreem ultraviolette gebied van het spectrum. Dit effect werd voor het eerst voorspeld door Albert Einstein. Zijn theorie werd bijna 100 jaar later experimenteel bevestigd, na de ontwikkeling van laserlichtbronnen met hoge intensiteit. Laserfysici van het Laboratory for Attosecond Physics (LAP) van het Max Planck Institute for Quantum Optics in Garching (MPQ) en LMU hebben het fenomeen nu in detail onder gecontroleerde omstandigheden gekarakteriseerd en gebruikt om zeer intensieve attoseconde-lichtflitsen te genereren. Bovendien, ze laten zien dat deze pulsen met ongekende precisie kunnen worden gevormd voor gebruik in attoseconde-onderzoek.

Als een regel, deze ultrakorte pulsen worden gecreëerd door coherent laserlicht te laten interageren met een monster van een edelgas, zoals xenon. Echter, deze methode heeft één ernstig nadeel:de resulterende pulsen hebben een lage energie. Een alternatieve benadering voor het genereren van attoseconde-pulsen maakt gebruik van relativistisch oscillerende spiegels. In dit geval, het licht interageert niet met een gas, maar met een stevig oppervlak van gesmolten silica.

Een klein deel van het invallende licht dient om het glasoppervlak te ioniseren, waardoor een plasma ontstaat - een dichte wolk bestaande uit vrije elektronen en vrijwel onbeweeglijk, positief geladen atoomionen. Deze stand van zaken kan worden vergeleken met die in normale metalen, waarin een fractie van de elektronen vrij door het materiaal kan bewegen. In feite, dit dichte oppervlakteplasma gedraagt ​​zich als een met metaal beklede spiegel. Het oscillerende elektrische veld dat samenhangt met het licht dat op deze spiegel valt, zorgt ervoor dat het oppervlak van het plasma oscilleert met pieksnelheden die dicht bij die van het licht zelf liggen. Het oscillerende oppervlak weerkaatst op zijn beurt het invallende licht. Als gevolg van het Doppler-effect, de frequentie van het binnenkomende licht wordt verschoven naar het extreem ultraviolette (XUV) gebied van het spectrum - en hoe hoger de pieksnelheden, hoe groter de frequentieverschuiving. Omdat de duur van spiegeltrillingen bij maximale snelheid extreem kort is, XUV-lichtpulsen van enkele attoseconden kunnen spectraal worden uitgefilterd. Cruciaal, deze flitsen hebben een veel grotere intensiteit dan die kunnen worden gegenereerd door de conventionele interactie in de gasfase. In feite, simulaties suggereren dat ze fotonenergieën zouden moeten bereiken in de orde van kilo-elektronvolt (keV).

In samenwerking met wetenschappers van de ELI (Extreme Light Infrastructure) in Szeged in Hongarije, de Stichting voor Onderzoek &Technologie – Hellas (FORTH) in Heraklion (Griekenland) en de Universiteit van Umeå in Zweden, het team onder leiding van professor Stefan Karsch heeft nieuwe en waardevolle inzichten kunnen verwerven in de interactie van gepulseerd laserlicht met relativistisch oscillerende vaste oppervlakken. Ze analyseerden eerst het intensiteitsprofiel en de energieverdeling van de resulterende attoseconde-pulsen, en hun afhankelijkheid van de 'draaggolf-envelopfase' van de aansturende invoerlaserpuls in realtime. "Deze waarnemingen stellen ons in staat om de voorwaarden te definiëren die nodig zijn voor een optimale generatie van attoseconde lichtpulsen met behulp van de oscillerende plasmaspiegel, " zegt Olga Jahn, de eerste auteur van de studie. "We konden aantonen dat geïsoleerde attoseconde XUV-lichtflitsen inderdaad kunnen worden geproduceerd uit optische pulsen die uit drie oscillatiecycli bestaan." Met de bevindingen van het LAP-team kan de procedure voor het genereren van attoseconde-pulsen door middel van plasmaspiegels worden vereenvoudigd en gestandaardiseerd. De relatief hoge bereikte intensiteiten openen nieuwe mogelijkheden voor ultraviolet spectroscopie, en beloven nieuwe aspecten van moleculair en atomair gedrag te onthullen.