Forskare vid SAGA Light Source, universitetet i Toyama, Hiroshima University och Institutet för molekylär vetenskap har demonstrerat en metod för att styra formen och orienteringen av ett elektronmoln i en atom genom att justera attosekundsavståndet i en dubbelpuls av synkrotronstrålning.

Arbetar som ett samarbetande forskarteam, Tatsuo Kaneyasu (SAGA ljuskälla/institutet för molekylär vetenskap), Yasumasa Hikosaka (Toyamas universitet), Masahiro Katoh (Hiroshima University/Institute for Molecular Science) och medarbetare har uppfunnit ett sätt att manipulera formen av ett elektronmoln i en atom med hjälp av den koherenta styrtekniken med synkrotronstrålning. Arbetet, som har publicerats i Fysiska granskningsbrev , banar väg för ultrasnabb styrning av elektroniska system som använder synkrotronstrålning.

Att kontrollera och undersöka elektronisk rörelse i atomer och molekyler på deras naturliga tidsskala av attosekunder är en av gränserna inom atomfysik och attosekundsfysik. Tack vare framstegen inom laserteknik, ett antal attosekundsexperiment har utförts med ultrakorta laserpulser. I kontrast, detta forskarlag har presenterat en ny väg till attosekund koherent styrning av elektroniska system som använder synkrotronstrålning. Den potentiella användningen av undulatorstrålning som longitudinellt koherenta vågpaket demonstrerades genom att uppnå befolkningskontroll vid fotoexcitation av heliumatomer [Y. Hikosaka et al., Nature Commun. 10, 4988 (2019)]. Nästa utmaning var tillämpningen av synkrotronstrålningens polarisationsegenskaper för koherent kontroll.

Lagets senaste tidning, nyligen publicerad i Fysiska granskningsbrev , rapporterar en framgångsrik observation av kontrollen av elektronmolnet i en heliumatom. Par av vänster- och högercirkulärt polariserade strålningsvågpaket genererades med användning av två spiralformade undulatorer. Varaktigheten för varje vågpaketpar var några femtosekunder, och extrem ultraviolett strålning användes för att bestråla heliumatomer. Med denna teknik lyckades de kontrollera formen och orienteringen av elektronmolnet, bildas som ett sammanhängande superpositionstillstånd, genom att ställa in tidsfördröjningen mellan de två vågpaketen på attosekundnivån.

I motsats till vanlig laserteknik, det finns ingen teknisk begränsning för utvidgningen av denna metod till kortare och kortare våglängder. Denna nya förmåga hos synkrotronstrålning hjälper inte bara forskare att studera ultrasnabba fenomen i atomära och molekylära processer, men kan också öppna upp för nya tillämpningar i utvecklingen av funktionella material och elektroniska enheter i framtiden.