Un equipo de investigadores del Instituto Max Born de Berlín ha demostrado por primera vez la espectroscopia de sonda de attosegundos con bomba de attosegundos (APAPS) con una frecuencia de repetición de 1 kilohercio. Esto fue posible gracias al desarrollo de una fuente de attosegundos intensa y compacta que utiliza una geometría de generación desenfocada. El enfoque abre nuevas vías para la investigación de la dinámica de electrones extremadamente rápidos en el régimen de attosegundos.
La primera generación de pulsos de attosegundos (1 attosegundo corresponde a 10 -18 segundos) a principios de este siglo ha permitido conocimientos sin precedentes sobre el mundo de los electrones. Por su trabajo pionero, que condujo por primera vez a la demostración de pulsos de attosegundos en 2001, Anne L'Huillier, Pierre Agostini y Ferenc Krausz recibieron el Premio Nobel de Física en 2023.
Sin embargo, las técnicas actuales de attosegundos tienen un inconveniente importante:para poder grabar una película en un experimento de sonda de bomba, normalmente hay que combinar un pulso de attosegundo con un pulso de femtosegundo (1 femtosegundo corresponde a 10 -15 segundos) cuyos ciclos ópticos (de unos pocos femtosegundos de duración) se utilizan como un reloj con resolución de attosegundos. Esto constituye una limitación para la investigación de la dinámica electrónica en escalas de tiempo de attosegundos.
Desde la primera demostración de los pulsos de attosegundos, el sueño de muchos científicos ha sido realizar experimentos en los que un primer pulso de bomba de attosegundo inicie la dinámica electrónica en un átomo, una molécula o una muestra de estado sólido, y donde una segunda sonda de attosegundo El pulso interroga al sistema en diferentes retardos de tiempo.
Este objetivo resultó ser un gran desafío porque requiere intensos pulsos de attosegundos. Sin embargo, el proceso subyacente de generación de altos armónicos (HHG) es muy ineficiente. Como resultado, sólo se han informado muy pocas demostraciones de prueba de principio de espectroscopía de sonda de attosegundos con bomba de attosegundos (APAPS), que utilizaron grandes configuraciones y sistemas láser especializados que operaban a bajas tasas de repetición (10-120 Hertz).
Un equipo de investigadores del Instituto Max Born (MBI) de Berlín ha demostrado ahora un enfoque diferente, que les permite realizar experimentos APAPS utilizando una configuración mucho más compacta. Para ello utilizaron un láser de accionamiento llave en mano con una frecuencia de repetición de kilohercios. Esto resultó en una operación sustancialmente más estable, lo cual es un requisito clave para la implementación exitosa de APAPS.
Los científicos utilizaron pulsos de láser infrarrojo para generar pulsos de attosegundos en un chorro de gas. A diferencia de cómo se generan habitualmente los pulsos de attosegundos, se les ocurrió la idea de colocar el chorro de gas no cerca del foco láser, sino a cierta distancia de él. Como resultado, se generaron pulsos de attosegundos con una energía de pulso relativamente alta y un tamaño de fuente virtual pequeño que, después de reenfocar, permitió a los investigadores obtener pulsos de attosegundos de alta intensidad.
Los investigadores hicieron uso de esta fuente de attosegundos estable e intensa realizando un experimento APAPS, en el que los átomos de argón se ionizaron mediante un pulso de bomba de attosegundos, lo que dio como resultado la generación de Ar + con una sola carga. iones. La formación de estos iones se comprobó mediante un pulso de sonda de attosegundo, lo que condujo a una mayor ionización y a la formación de Ar 2+ doblemente cargado. iones.
Los resultados fueron un aumento del Ar 2+ Se observa rendimiento de iones en una escala de tiempo muy rápida. Esto muestra que los pulsos de bomba y sonda involucrados tienen duraciones de pulso de attosegundos.
Las modestas energías de los pulsos de conducción infrarroja utilizadas en este estudio abren el camino para realizar experimentos APAPS a tasas de repetición aún más altas hasta el nivel de megahercios. Los sistemas láser necesarios para impulsar estos experimentos ya están disponibles o en desarrollo. Como resultado, el novedoso concepto puede permitir conocimientos sin precedentes sobre el mundo de los electrones en escalas de tiempo extremadamente cortas, a las que no se puede acceder con las técnicas actuales de attosegundos.
Los hallazgos se publican en la revista Science Advances. .
Más información: Martin Kretschmar et al, Realización compacta de espectroscopia de sonda de bomba de todos los attosegundos, Avances científicos (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk9605
Información de la revista: Avances científicos
Proporcionado por el Instituto Max Born de Óptica No Lineal y Espectroscopia de Pulso Corto (MBI)
