Időmérés stopper nélkül Max Planck Society
Az új módszer az abszorpciós spektrum egyetlen mérését használja
Az erős lézerimpulzus által vezérelt elektronok oszcillációja az abszorpciós spektrum egyetlen mérésével rekonstruálható. Ehhez indító és leállító jelként nem szükséges szivattyú és tesztimpulzus. Az új koncepció a kémia és a biológiai reakciók ultragyors folyamatainak jövőbeli alkalmazását ígéri. [Physical Review Letters, 2018. október 26.]
Az anyagban az ultragyors kvantumdinamika megértése és ellenőrzése a modern fizika egyik központi kihívása. A legtöbb esetben a vizsgált rendszer reakciója külső zavarra, pl. B. gerjesztés, szivattyú-szonda sémában mérve. Az első lézerimpulzus dinamikus folyamatot indít el, amelyet ezután egy második lézerimpulzussal kérdezünk, változó késéssel. Jelenleg ez lehetővé teszi az ultragyors mozgások mérését a femto- és attoszekundumok időskáláig, amelyek a másodperc milliomod része vagy milliárdod része. Azonban még mindig nehéz valós időben megmérni a megkötött elektronok dinamikáját intenzív lézerterek hatására. Ennek egyik módja az elektron hullámszerű töltés oszcillációjának, az úgynevezett „dipólus válasznak” való kivonása a mérésekből.
Általánosságban elmondható, hogy a hullámot és annak kiegészítő spektrumát, amelyek mind matematikailag összekapcsolódnak a Fourier-transzformációval, komplex számokkal írják le, mindegyik két valós mennyiséggel: amplitúdó és fázis. Az előbbi az intenzitással, az utóbbi az idővel függ össze. Ha egy rendszert nagyon rövid lézerimpulzus gerjeszt, a mért abszorpciós spektrum egyszerű Fourier-transzformációja lehetővé teszi a dipólus válasz időbeli evolúciójának rekonstrukcióját. Ez már a gyenge fénymezők rendszeréről ismert volt a "lineáris válasz" kifejezés alatt.
1. ábra: IR lézer impulzus által módosított He atom dipól válasza UV lézer impulzus gerjesztése után. A spektrum Fourier transzformációval (FT) kapcsolódik a válaszfüggvényhez.
A Max Planck Nukleáris Fizikai Intézet és a Bécsi Műszaki Egyetem (TUW) fizikusai most kimutatták, hogy ez a koncepció általánosítható egy erős kiegészítő lézerimpulzus esetére, amely vezérli az elektronok dipólusreakcióját. Az 1. ábra szemlélteti azt a kísérleti eljárást, amelyet Veit Stooß végzett Christian Ott és Thomas Pfeifer csoportjában az MPIK-n: Egy ultrarövid (attoszekundumos) ultraibolya lézerimpulzust (UV, kék) közvetlenül egy intenzív femtoszekundumos infravörös impulzus (IR, piros) követ, a minta dipól válasza (ibolya) - itt egy héliumatom - módosult. Elemezzük az UV abszorpciós spektrumot, amelyhez a sugárzott attoszekundumos impulzus és a dipólus válasz hozzájárul (jobbra). Az erős IR-mező által vezérelt időfüggő válaszfüggvény Fourier-transzformációval rekonstruálható a mért spektrumból.
2. ábra: Rekonstruált dipólus válasz (kék) három különböző IR intenzitás mellett. Elmélet: "Ab Initio" szimuláció (zöld), "kevés állapotú modell" (narancssárga), exponenciális bomlás (szaggatott fekete).
Az itt bemutatott időbeli rekonstrukció megközelítése nem tesz feltételezést a vizsgált mintával kapcsolatban, ezért általában alkalmazható olyan komplex rendszerekre, mint például az oldatokban lévő nagy molekulák, vagy szabad elektron-lézerekkel végzett kísérletekre, amelyekben a teljes információt egyetlen lövés rögzíti. Ezenkívül a koncepció nem is korlátozódik a lézeres mezőkre, hanem bármilyen típusú interakcióra alkalmazható.