Las reacciones químicas están determinadas en su nivel más fundamental por su respectiva estructura electrónica y dinámica. Dirigido por un estímulo como la irradiación de luz, los electrones se reorganizan en líquidos o sólidos. Este proceso toma solo unos pocos cientos de attosegundos, donde un attosegundo es la mil millonésima parte de una mil millonésima de segundo. Los electrones son sensibles a los campos externos, para que los investigadores puedan controlarlos fácilmente irradiando los electrones con pulsos de luz. Tan pronto como configuran así temporalmente el campo eléctrico de un pulso de attosegundos, los investigadores pueden controlar la dinámica electrónica en tiempo real. Un equipo dirigido por el Prof.Dr. Giuseppe Sansone del Instituto de Física de la Universidad de Friburgo muestra en la revista científica Nature cómo pudieron dar forma por completo a la forma de onda de un pulso de attosegundos.

"Estos pulsos nos permiten estudiar el primer momento de la respuesta electrónica en una molécula o cristal, ", explica Sansone." La capacidad de dar forma al campo eléctrico nos permite controlar los movimientos electrónicos, con el objetivo a largo plazo de optimizar procesos básicos como la fotosíntesis o la separación de cargas en los materiales ".

El equipo, compuesto por teóricos y físicos experimentales de institutos de investigación en los EE. UU., Rusia, Alemania, Italia, Austria, Eslovenia, Hungría, Japón y Suecia, llevaron a cabo su experimento en el Láser de Electrones Libres (FEL) FERMI en Trieste / Italia. Este láser es el único que ofrece la capacidad única de sintetizar radiación con diferentes longitudes de onda en el rango espectral ultravioleta extremo con fases relativas totalmente controlables.

El pulso de attosegundos es el resultado de la superposición temporal de los armónicos del láser. Los científicos generaron grupos de cuatro armónicos láser de una longitud de onda fundamental utilizando los onduladores disponibles en FERMI. Estos son dispositivos técnicos, que dirigen el movimiento de un grupo de electrones relativista, conduciendo así a la producción de radiación ultravioleta. Uno de los principales desafíos del experimento fue la medición de estas fases relativas, que se caracterizaban por adquirir los fotoelectrones liberados de los átomos de neón por la combinación de los pulsos de attosegundos y un campo infrarrojo. Esto conduce a estructuras adicionales en los espectros de electrones, generalmente se las conoce como bandas laterales. Los científicos midieron la correlación entre las diferentes bandas laterales generadas para cada disparo de láser. Esto finalmente les permitió caracterizar completamente el tren de pulsos de attosegundos.

"Nuestros resultados indican no solo que los FEL pueden producir pulsos de attosegundos, "dice Sansone, "pero, debido al enfoque implementado para la generación de formas de onda, dichos pulsos son totalmente controlables y alcanzan altas intensidades de pico. Estos dos aspectos representan ventajas clave de nuestro enfoque. Los resultados también influirán en la planificación y el diseño de nuevos láseres de electrones libres en todo el mundo ".