Onderzoekers van SAGA Light Source, de Universiteit van Toyama, Hiroshima University en het Institute for Molecular Science hebben een methode gedemonstreerd om de vorm en oriëntatie van een elektronenwolk in een atoom te regelen door de attoseconde-afstand in een dubbele puls van synchrotronstraling af te stemmen.

Werkend als een samenwerkend onderzoeksteam, Tatsuo Kaneyasu (SAGA Lichtbron/Instituut voor Moleculaire Wetenschappen), Yasumasa Hikosaka (Universiteit van Toyama), Masahiro Katoh (Hiroshima University/Institute for Molecular Science) en collega's hebben een manier bedacht om de vorm van een elektronenwolk in een atoom te manipuleren met behulp van de coherente controletechniek met synchrotronstraling. Het werk, die is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , maakt de weg vrij voor de ultrasnelle besturing van elektronische systemen met behulp van synchrotronstraling.

Het beheersen en onderzoeken van elektronische beweging in atomen en moleculen op hun natuurlijke tijdschaal van attoseconden is een van de grenzen in de atoomfysica en de attosecondefysica. Dankzij de vooruitgang in lasertechnologie, er zijn een aantal attoseconde-experimenten uitgevoerd met ultrakorte laserpulsen. In tegenstelling tot, dit onderzoeksteam heeft een nieuwe route gepresenteerd naar de attoseconde coherente besturing van elektronische systemen met behulp van synchrotronstraling. Het potentiële gebruik van undulatorstraling als longitudinaal coherente golfpakketten werd aangetoond door populatiecontrole te bereiken in de foto-excitatie van heliumatomen [Y. Hikosaka et al., Natuur Gem. 10, 4988 (2019)]. De volgende uitdaging was de toepassing van de polarisatie-eigenschappen van de synchrotronstraling op coherente controle.

Het nieuwste artikel van het team, onlangs gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , meldt een succesvolle observatie van de controle van de elektronenwolk in een heliumatoom. Paren links- en rechts-circulair gepolariseerde stralingsgolfpakketten werden gegenereerd met behulp van twee spiraalvormige undulatoren. De duur van elk golfpakketpaar was enkele femtoseconden, en extreme ultraviolette straling werd gebruikt om heliumatomen te bestralen. Met deze techniek slaagden ze erin de vorm en oriëntatie van de elektronenwolk te beheersen, gevormd als een coherente superpositiestaat, door de tijdvertraging tussen de twee golfpakketten op het attoseconde niveau af te stemmen.

In tegenstelling tot de standaard lasertechnologie, er is geen technische beperking op de uitbreiding van deze methode naar kortere en kortere golflengten. Dit nieuwe vermogen van synchrotronstraling helpt wetenschappers niet alleen om ultrasnelle verschijnselen in atomaire en moleculaire processen te bestuderen, maar kan in de toekomst ook nieuwe toepassingen openen bij de ontwikkeling van functionele materialen en elektronische apparaten.