Generando primer controlada radiación ultrarrápida, usando un plasma

Para observar los fenómenos ultrarrápidos como el movimiento de los electrones dentro de la materia, los investigadores necesitan de fuentes capaces de producir la radiación de luz extremadamente rápido y enérgico. Aunque los dispositivos capaces de pulsos con emisores de attosegundos (10 -18 segundos) de precisión ya existen, muchos equipos de investigación están tratando de estirar los límites de duración de estos pulsos ‘y la intensidad. Un equipo encabezado por el Laboratorio de Óptica Aplicada (LOA, CNRS / ENSTA Paristech-/ Escuela Politécnica), en colaboración con el CEA y el Laboratoire des pour l’Utilización Intenses láseres (CNRS / CEA / Escuela Politécnica / UPMC), tiene logrado por primera vez en la aceleración y guiar electrones en un plasma de una manera reproducible, utilizando un láser. Estos electrones excitar el plasma, que entonces emite impulsos electromagnéticos ultrarrápidos a longitudes de onda en el ultravioleta extremo.Esta radiación de energía de alta attosegundos podría ser usado para estudiar los procesos ultrarrápidos electrónicos.Este trabajo se publica en Nature Physics .

Algunos eventos, como la ionización de un átomo o un electrón salta de un estado excitado a otro, se producen en escalas de tiempo típicas de la orden de un attosegundo (una mil millonésima de una mil millonésima de segundo). Para observar estos acontecimientos directamente, pulsos de luz de duración comparable necesitan ser producidos con el fin de adquirir una «instantánea» de la evolución del fenómeno, algo así como un obturador de la cámara. Hasta ahora, sólo había una manera de obtener estos pulsos rápidos, mediante la excitación de los electrones de un gas por láser. Estos electrones luego emitir un pulso en el ultravioleta extremo (X-UV) de dominio. Sin embargo, este método tiene sus limitaciones y, a fin de observar ciertos fenómenos, los investigadores necesitan fuentes que son aún más rápido y, sobre todo, que tienen mayor energía. Esto ha llevado a numerosos equipos de investigación para estudiar la física de plasmas, un estado extremadamente caliente y denso de la materia constituida por iones y electrones.

El equipo dirigido por la CDA es el primero que se han obtenido pulsos de attosegundos en el X-UV de una manera reproducible mediante el control de la excitación de un plasma por electrones acelerados en un campo láser. Para lograr esta hazaña, los investigadores desarrolló por primera vez una fuente de láser muy eficaz, por lo que es posible obtener iluminaciones mil a diez mil veces mayores que los utilizados en medios gaseosos, y la entrega de un millar de pulsos por segundo, con una duración en torno a varios femtosegundos (10 -15 segundos). Además, esta fuente es de fase estabilizada: todos los impulsos generados son idénticos. Los investigadores lograron centrar la plena intensidad luminosa del láser en un punto un poco más grande que una micra de diámetro, en la superficie de un blanco de sílice. La materia diana se transforma así en un plasma cuya densidad es comparable a la de un sólido. Los electrones en este plasma están fuertemente acelerada por el campo electromagnético producido por el rayo láser. Cuando pasan a través del plasma, que excitar a un movimiento colectivo de los cargos en su interior, lo que produce la radiación UV-X, que los investigadores fueron capaces de observar y analizar el uso de un espectrómetro.

Este trabajo debe conducir a una fuente de radiación de alta energía que los físicos y los químicos podría utilizar para investigar los procesos electrónicos en la materia, con resolución temporal de attosegundos. El equipo de investigación ahora está planeando para mejorar su fuente de láser con el fin de generar radiación aún más rápido a las longitudes de onda más cortas (en el dominio de rayos-X). Esto se debe lograr mediante el control del movimiento de los electrones que se mueven a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, en el plasma.

 

Montaje experimental


© Antonin Borot

Montaje experimental. El inserto muestra las trayectorias electrónicos y la radiación UV-X inducida por un campo láser de varios ciclos ópticos.


 

 

X-UV espectro de radiación como una función de la forma del campo láser.


© Antonin Borot

X-UV espectro de radiación como una función de la forma del campo láser.

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