När ljuset interagerar med en spegel som rör sig mot det med en hastighet nära ljusets hastighet, dess våglängd förskjuts till spektrumets extrema ultravioletta område. Denna effekt förutspåddes först av Albert Einstein. Hans teori bekräftades experimentellt nästan 100 år senare, efter utvecklingen av högintensiva laserljuskällor. Laserfysiker vid Laboratory for Attosecond Physics (LAP) vid Max Planck Institute for Quantum Optics in Garching (MPQ) och LMU har nu karaktäriserat fenomenet i detalj under kontrollerade förhållanden och utnyttjat det för att generera högintensiva attosekundljusblinkar. Dessutom, de visar att dessa pulser kan formas med oöverträffad precision för användning i attosecond-forskning.

I regel, dessa ultrakorte pulser skapas genom att låta koherent laserljus interagera med ett prov av en ädel gas, som xenon. Dock, denna metod har en allvarlig nackdel - de resulterande pulserna har låg energi. Ett alternativt tillvägagångssätt för generering av attosekundpulser använder relativistiskt oscillerande speglar. I detta fall, ljuset interagerar inte med en gas, men med en solid yta av smält kiseldioxid.

En liten del av det infallande ljuset tjänar till att jonisera glasytan, vilket skapar en plasma - ett tätt moln som består av fria elektroner och praktiskt taget orörligt, positivt laddade atomjoner. Denna situation kan jämföras med den som finns i vanliga metaller, där en bråkdel av elektronerna kan röra sig fritt genom materialet. Faktiskt, denna täta ytplasma beter sig som en metallbelagd spegel. Det oscillerande elektriska fältet som är associerat med ljuset som träffar denna spegel gör att plasmaytan oscillerar vid topphastigheter nära själva ljusets. Den oscillerande ytan reflekterar i sin tur det infallande ljuset. Som en konsekvens av Dopplereffekten, frekvensen för det inkommande ljuset förskjuts till spektrumets extrema ultravioletta (XUV) område - och ju högre topphastigheterna är, ju större frekvensförskjutning. Eftersom spegeloscillationernas varaktighet vid maximal hastighet är extremt kort, XUV -ljuspulser som varar i attosekunder kan filtreras bort spektralt. Avgörande, dessa blixtar har en mycket större intensitet än de som kan genereras av den konventionella interaktionen i gasfasen. Faktiskt, simuleringar tyder på att de bör nå fotonenergier i storleksordningen kiloelektronvolt (keV).

I samarbete med forskare från ELI (Extreme Light Infrastructure) i Szeged i Ungern, Stiftelsen för forskning och teknik - Hellas (FORTH) i Heraklion (Grekland) och Umeå universitet i Sverige, teamet som leds av professor Stefan Karsch har kunnat få nya och värdefulla insikter om interaktionen mellan pulserat laserljus och relativistiskt oscillerande fasta ytor. De analyserade först intensitetsprofilen och energifördelningen för de resulterande attosekundpulserna, och deras beroende av 'bärarkuvertfasen' för den drivande ingångslaserpulsen i realtid. "Dessa observationer gör att vi kan definiera de förutsättningar som krävs för optimal generering av attosekundljuspulser med hjälp av den oscillerande plasmaspegeln, säger Olga Jahn, studiens första författare. "Vi kunde visa att isolerade attosekund XUV -ljusblixtar verkligen kan produceras från optiska pulser som består av tre oscillationscykler." LAP -gruppens resultat kommer att möjliggöra förenkling och standardisering av det förfarande som krävs för att generera attosekundpulser med hjälp av plasmaspeglar. De relativt höga intensiteterna som uppnås öppnar nya möjligheter för ultraviolett spektroskopi, och lovar att avslöja nya aspekter av molekylärt och atomärt beteende.