Recientemente, un grupo de investigación del Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Shanghai de la Academia de Ciencias de China (CAS) ha observado franjas periódicas de grupos de electrones inducidas por el campo láser de femtosegundos.

Estos científicos demostraron por primera vez la metrología directa de la dinámica de electrones de attosegundos con una resolución temporal sin precedentes. Este trabajo fue publicado en Fotónica de la naturaleza el 30 de noviembre 2020.

La interacción de electrones y fotones es fundamental para la física microcósmica. La revelación de la dinámica de electrones ultrarrápida impulsada por un campo de luz ha llevado a un gran progreso en la microscopía y la difracción de electrones ultrarrápidos. cámaras de racha ultrarrápidas, y láseres de electrones libres. Estas dinámicas subyacentes están ocultas debajo de la escala de tiempo de femtosegundos, por lo que la exploración y el seguimiento de la dinámica de carga involucrada en estas aplicaciones exigen una resolución temporal cada vez mayor para aprovechar al máximo su potencial. Sin embargo, el acceso directo a la caracterización del campo óptico de un pulso de electrones libres sigue siendo un desafío debido a las dificultades para lograr la adaptación de fase entre el campo óptico y el electrón.

En este estudio, El sondeo directo de la dinámica de attosegundos de los trenes de pulsos de electrones libres se ha logrado con una resolución comparable mediante una nueva encarnación del concepto básico de imágenes de rayas. donde las rayas están controladas por un campo láser infrarrojo sub-relativista (Figura a).

Al utilizar un láser de alto contraste y un espejo de plasma, el pulso de electrones emitido permaneció en una fase determinada del campo eléctrico del láser (Figura b), que mitigó en gran medida los desafíos de sincronización de tiempos. Con el campo láser reflejado sirviendo como un campo de rayas, los pulsos de electrones de attosegundos generados en diferentes ciclos ópticos pueden separarse transversalmente en el campo lejano.

Según la imagen de campo lejano, la desviación que varía temporalmente "raya" la ubicación de los electrones en la pantalla, mapeando el perfil temporal de los pulsos de electrones a una distribución espacial (Figura c). Tres grupos de electrones expulsados ​​respectivamente en el borde ascendente (I), en la región adyacente del pico (II), y en la cola del pulso láser (III) experimentó diferentes procesos ultrarrápidos en el campo del láser.

Esta observación experimental confirma el enfoque de aprovechar el mapeo de tiempo-espacio inducido por un campo láser para investigar la dinámica ultrarrápida de cargas en una superficie de plasma con resolución de attosegundos. Se ha logrado una velocidad de rayado instantánea de hasta 60 μrad / as, presentando un progreso de órdenes de magnitud en la velocidad de racha sobre los competidores de THz.

Este enfoque de dominio espacial directo abre la puerta a la metrología de attosegundos versátil y allana el camino para la electrónica de ondas de luz en el futuro.