Электроны, обычно находящиеся в покое при воздействии лазерного света, проявляют интересное поведение, когда интенсивность этого света меняется вдоль их траектории. Представьте себе простое сцеariu: электрон, омываемый интенсивными импульсами лазера, трепещет как резонатор на частоте световых волн. После того как импульс гаснет, это трепет прекращается, и электрон возвращается в исходную точку.
Но что произойдет, если мощность лазера не является однородной? Представьте себе, что лазерный луч создает своего рода оптический «уклон». Если электрон перемещается по этому уклону во время пульсирующего света, он получает дополнительный толчок с каждым колебанием – своего рода дрейфовое движение, которое сохраняется даже после окончания импульса. Это явление называется по Ponderomotive ускорение.
В течение десятилетий ученые наблюдали этот «скользящий» эффект, но обычно требовали длинных лазерных импульсов, длительность которых составляла много колебаний, чтобы отчетливо его увидеть. Ключевым вызовом было достижение достаточной пространственной изменчивости интенсивности света для того, чтобы эффект был заметен в рамках одного импульса.
Теперь исследователям удалось добиться этого с помощью невероятно острых металлических игл, освещенных ультракороткими лазерными импульсами, содержащими всего три колебания. Это прорыв было опубликовано в Nature Physics.
Иглы обостряют эффект: более пристальный взгляд на динамику ультрабыстрого электрона
Ученые создали невероятно тонкие наконечники игл из вольфрама – всего лишь несколько нанометров в ширину – которые драматически усиливают изменения интенсивности света при попадании лазерного импульса. Это позволило им наблюдать по Ponderomotive ускорение даже во время одного колебания света, подвиг, который ранее считался невозможным.
Это открытие оказалось особенно неожиданным потому, что от этих острых игл ожидалось, что они подавят по Ponderomotive движение. Вместо этого именно медленные электроны, испущенные из иглы, обнаружили неожиданную полоску – усиление эффектов по Ponderomotive, которых ранее не наблюдалось.
“Наши эксперименты даже раскрыли усиление по Ponderomotive эффектов для медленных электронов,” объясняет доктор Йонас Хаймерль, один из участников проекта.
Это открытие выходит за рамки простого наблюдения эффекта. Исследователи использовали подробные числовые моделирования, чтобы количественно определить, как по Ponderomotive ускорение работает на таких ультрабыстрых временных масштабах, что открывает совершенно новые пути для изучения поведения электронов.
От фундаментального понимания до будущих применений
Эти открытия являются свидетельством силы сочетания экспериментальных прорывов с продвинутыми теоретическими моделями. Понимая этот процесс на таком фундаментальном уровне – в масштабе отдельных колебаний света – ученые получают мощные новые инструменты для манипуляции и управления электронами в реальном времени.
Это открывает двери для захватывающих применений в области ультрабыстрой метрологии, где критически важны невероятно точные измерения, и в оптоэлектронике, где манипуляция движением электронов является решающей для разработки более быстрых и эффективных устройств.
