Cuando la luz interactúa con un espejo que se mueve hacia él a una velocidad cercana a la de la luz, su longitud de onda se desplaza a la región ultravioleta extrema del espectro. Este efecto fue predicho por primera vez por Albert Einstein. Su teoría fue confirmada experimentalmente casi 100 años después, siguiendo el desarrollo de fuentes de luz láser de alta intensidad. Los físicos láser del Laboratorio de Física de Attosegundos (LAP) del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching (MPQ) y LMU ahora han caracterizado el fenómeno en detalle en condiciones controladas y lo han explotado para generar destellos de luz de attosegundos de alta intensidad. Es más, muestran que estos pulsos pueden moldearse con una precisión sin precedentes para su uso en la investigación de attosegundos.

Como una regla, Estos pulsos ultracortos se crean permitiendo que la luz láser coherente interactúe con una muestra de un gas noble, como el xenón. Sin embargo, este método tiene un serio inconveniente:los pulsos resultantes tienen bajas energías. Un enfoque alternativo para la generación de pulsos de attosegundos hace uso de espejos oscilantes relativista. En este caso, la luz no interactúa con un gas, pero con una superficie sólida hecha de sílice fundida.

Una pequeña porción de la luz incidente sirve para ionizar la superficie del vidrio, creando así un plasma - una nube densa formada por electrones libres y virtualmente inmóvil, iones atómicos cargados positivamente. Este estado de cosas se puede comparar con el que se encuentra en los metales normales, en el que una fracción de los electrones puede moverse libremente a través del material. De hecho, este plasma de superficie densa se comporta como un espejo revestido de metal. El campo eléctrico oscilante asociado con la luz que incide en este espejo hace que la superficie del plasma oscile a velocidades máximas cercanas a la de la luz misma. La superficie oscilante a su vez refleja la luz incidente. Como consecuencia del efecto Doppler, la frecuencia de la luz entrante se desplaza a la región ultravioleta extrema (XUV) del espectro, y cuanto más altas son las velocidades máximas, cuanto mayor sea el cambio de frecuencia. Debido a que las duraciones de las oscilaciones del espejo a la velocidad máxima son extremadamente cortas, Los pulsos de luz XUV que duran unos attosegundos se pueden filtrar espectralmente. Crucialmente, estos destellos tienen una intensidad mucho mayor que los que pueden ser generados por la interacción convencional en la fase gaseosa. De hecho, Las simulaciones sugieren que deberían alcanzar energías fotónicas del orden de kiloelectrones voltios (keV).

En colaboración con científicos de ELI (Extreme Light Infrastructure) en Szeged en Hungría, la Fundación para la Investigación y la Tecnología - Hellas (FORTH) en Heraklion (Grecia) y la Universidad de Umeå en Suecia, el equipo dirigido por el profesor Stefan Karsch ha podido obtener nuevos y valiosos conocimientos sobre la interacción de la luz láser pulsada con superficies sólidas que oscilan relativistamente. Primero analizaron el perfil de intensidad y la distribución de energía de los pulsos de attosegundos resultantes, y su dependencia de la "fase envolvente de la portadora" del pulso láser de entrada de excitación en tiempo real. "Estas observaciones nos permiten definir las condiciones necesarias para la generación óptima de pulsos de luz de attosegundos utilizando el espejo de plasma oscilante, "dice Olga Jahn, el primer autor del estudio. "Pudimos demostrar que los destellos de luz XUV de attosegundos aislados se pueden producir a partir de pulsos ópticos que constan de tres ciclos de oscilación". Los hallazgos del equipo LAP permitirán simplificar y estandarizar el procedimiento necesario para generar pulsos de attosegundos mediante espejos de plasma. Las intensidades comparativamente altas logradas abren nuevas oportunidades para la espectroscopia ultravioleta, y promete revelar nuevos aspectos del comportamiento molecular y atómico.