Forskare från University of Central Florida gör det banbrytande området attosecond science mer tillgängligt för forskare från alla discipliner.

Deras metod för att öppna upp fältet beskrivs i en ny studie som publiceras idag i tidskriften Vetenskapliga framsteg .

En attosekund är en miljarddels miljarddels sekund, och förmågan att göra mätningar med attosekundprecision gör det möjligt för forskare att studera elektronernas snabba rörelse inuti atomer och molekyler i sin naturliga tidsskala.

Att mäta denna snabba rörelse kan hjälpa forskare att förstå grundläggande aspekter av hur ljus interagerar med materia, som kan informera ansträngningar att skörda solenergi för elproduktion, upptäcka kemiska och biologiska vapen, utföra medicinsk diagnostik med mera.

"En av de största utmaningarna med attosecond science är att den förlitar sig på laseranläggningar i världsklass, " säger Michael Chini, en biträdande professor vid UCF:s institution för fysik och studiens huvudutredare. "Vi har turen att ha en här på UCF, och det finns förmodligen ytterligare ett dussin över hela världen. Men tyvärr, ingen av dem drivs verkligen som "användarfaciliteter, ' där forskare från andra områden kan komma in och använda dem för forskning."

Denna brist på tillgång skapar ett hinder för kemister, biologer, materialvetare och andra som kan dra nytta av att tillämpa attosekundvetenskapstekniker på sina områden, säger Chini.

"Vårt arbete är ett stort steg i riktning mot att göra attosekundpulser mer allmänt tillgängliga, " säger Chini.

"Vi visar att lasrar av industriell kvalitet, som kan köpas kommersiellt från dussintals leverantörer med en prislapp på cirka 100 USD, 000, kan nu användas för att generera attosekundpulser."

Chini säger att installationen är enkel och kan fungera med en mängd olika lasrar med olika parametrar.

Attosekundvetenskap fungerar ungefär som ekolod eller 3D-kartläggning av laser, men i mycket mindre skala. När en attosekundsljuspuls passerar genom ett material, interaktionen med elektroner i materialet förvränger pulsen. Genom att mäta dessa förvrängningar kan forskare konstruera bilder av elektronerna och göra filmer av deras rörelse.

Vanligtvis, forskare har använt komplexa lasersystem, kräver stora laboratorieanläggningar och renrumsmiljöer, som drivande lasrar för attosecond science.

Att producera de extremt korta ljuspulserna som behövs för attosekundsforskning – huvudsakligen bestående av endast en enda svängningscykel av en elektromagnetisk våg – har ytterligare krävt att lasern fortplantas genom rör fyllda med ädelgaser, som xenon eller argon, för att ytterligare komprimera pulserna i tid.

Men Chinis team har utvecklat ett sätt att få ut sådana få-cykelpulser från mer allmänt tillgängliga lasrar av industriell kvalitet, som tidigare bara kunde producera mycket längre pulser.

De komprimerar cirka 100-cykelpulser från lasrarna av industriell kvalitet genom att använda molekylära gaser, såsom lustgas, i rören istället för ädelgaser och variera längden på de pulser de skickar genom gasen.

I deras tidning, de visar kompression till endast 1,6 cykler, och encykelpulser är inom räckhåll för tekniken, säger forskarna.

Valet av gas och varaktigheten av pulserna är nyckeln, säger John Beetar, en doktorand vid UCF:s institution för fysik och studiens huvudförfattare.

"Om röret är fyllt med en molekylär gas, och i synnerhet en gas av linjära molekyler, det kan bli en förstärkt effekt på grund av molekylernas tendens att anpassa sig till laserfältet, " säger Beetar.

"Dock, denna inriktningsförorsakade förbättring är endast närvarande om pulserna är tillräckligt långa för att både inducera rotationsinriktningen och uppleva effekten som orsakas av den, " säger han. "Valet av gas är viktigt eftersom rotationsinriktningstiden är beroende av molekylens tröghet, och för att maximera förbättringen vill vi att detta ska sammanfalla med varaktigheten av våra laserpulser."

"Minskningen av komplexitet som är förknippad med att använda en reklamfilm, laser av industriell kvalitet kan göra attosekundvetenskap mer tillgänglig och kan möjliggöra tvärvetenskapliga tillämpningar av forskare med liten eller ingen laserbakgrund, "Säger Beetar.