Elektrony, které jsou normálně v klidu, když jsou vystaveny laserovému světlu, vykazují zajímavé chování, když se intenzita tohoto světla mění podél jejich dráhy. Představte si jednoduchý scénář: elektron omývaný intenzivními laserovými pulzy vibruje jako rezonátor ve frekvenci světelných vln. Po odeznění pulsu se toto chvění zastaví a elektron se vrátí do výchozího bodu.
Co se ale stane, když výkon laseru není rovnoměrný? Představte si, že laserový paprsek vytváří jakousi optickou „předpojatost“. Pokud se elektron pohybuje po tomto svahu, zatímco světlo pulsuje, dostane při každé oscilaci další kopnutí – druh driftového pohybu, který přetrvává i po skončení pulsu. Tento jev se nazývá Ponderomotive zrychlení.
Vědci pozorovali tento “klouzavý” efekt po celá desetiletí, ale obvykle vyžadují dlouhé laserové pulsy s mnoha oscilacemi v trvání, aby jej jasně viděli. Klíčovou výzvou bylo dosažení dostatečné prostorové variability intenzity světla, aby byl efekt patrný během jediného pulzu.
Nyní toho vědci dosáhli pomocí neuvěřitelně ostrých kovových jehel osvětlených ultrakrátkými laserovými pulzy obsahujícími pouze tři oscilace. Tento průlom byl publikován v Nature Physics.
Jehly zostřují efekt: bližší pohled na dynamiku ultrarychlého elektronu
Vědci vytvořili neuvěřitelně tenké hroty wolframových jehel – jen několik nanometrů široké – které dramaticky zesilují změny v intenzitě světla při dopadu laserového pulsu. To jim umožnilo pozorovat zrychlení Ponderomotive i během jediné světelné fluktuace, což byl výkon, který byl dříve považován za nemožný.
Tento objev byl obzvláště překvapivý, protože tyto ostré jehly měly očekávalo potlačit Ponderomotive pohyb. Místo toho to byly pomalé elektrony emitované z jehly, které odhalily neočekávaný pruh – vylepšení Ponderomotive efektů, které nebyly dříve pozorovány.
„Naše experimenty dokonce odhalily vylepšení Ponderomotive efektů pro pomalé elektrony,“ vysvětluje Dr. Jonas Heimerl, jeden z účastníků projektu.
Tento objev přesahuje pouhé pozorování účinku. Výzkumníci použili podrobné numerické simulace ke kvantifikaci toho, jak zrychlení Ponderomotive funguje na tak ultrarychlých časových měřítcích, což otevírá zcela nové cesty pro studium chování elektronů.
Od základního porozumění k budoucím aplikacím
Tyto objevy jsou důkazem síly kombinace experimentálních objevů s pokročilými teoretickými modely. Pochopením tohoto procesu na tak základní úrovni – v měřítku jednotlivých světelných vibrací – mají vědci nové výkonné nástroje pro manipulaci a ovládání elektronů v reálném čase.
To otevírá dveře vzrušujícím aplikacím v ultrarychlé metrologii, kde jsou neuvěřitelně přesná měření kritická, a v optoelektronice, kde je manipulace s pohybem elektronů zásadní pro vývoj rychlejších a efektivnějších zařízení.
