研究人員現(xiàn)在能夠塑造阿秒脈沖的電場。圖片：Jürgen Oschwald和Carlo Callegari

化學(xué)反應(yīng)是通過其各自的電子結(jié)構(gòu)和動力學(xué)基本水平上確定的。在光照射等刺激的作用下，電子在液體或固體中重新排列。此過程僅需要幾百個阿秒。電子對外部電場敏感，因此研究人員可以通過用光脈沖照射電子來輕松地控制它們。一旦他們在時間上塑造了阿秒脈沖的電場，研究人員就可以實時控制電子動力學(xué)。弗萊堡大學(xué)物理研究所的朱塞佩·桑松教授（Giuseppe Sansone）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在《自然》雜志上展示了他們?nèi)绾瓮耆苄我粋€阿秒脈沖的波形。

阿秒（attosecond）1阿秒 = 10秒 = 0.000000000000000001秒

桑松解釋說：“這些脈沖使我們能夠研究分子或晶體中電子響應(yīng)的第一時刻。具有塑造電場的能力，使我們能夠控制電子運動 - 長期目標(biāo)是優(yōu)化電子運動的基本過程，例如光合作用或材料中的電荷分離。”

該小組由來自美國、俄羅斯、德國、意大利、奧地利、斯洛文尼亞、匈牙利、日本和瑞典的研究機構(gòu)的理論家和實驗物理學(xué)家組成，在意大利的里雅斯特的自由電子激光（FEL）FERMI上進(jìn)行了實驗。該激光器是唯一具有這種獨特能力的激光器，它可以在具有完全可控相對相位的極紫外光譜范圍內(nèi)合成具有不同波長的輻射。

阿秒脈沖由短時間激光諧波重疊造成?？茖W(xué)家使用FERMI提供的振蕩器產(chǎn)生了一組四個基本波長的激光諧波。這些設(shè)備，可操縱相對論電子束的運動，從而產(chǎn)生紫外線。該實驗的主要挑戰(zhàn)之一是這些相對相的測量，其特征是通過結(jié)合阿秒脈沖和紅外場來獲取從氖原子釋放的光電子。這導(dǎo)致電子光譜中出現(xiàn)其他結(jié)構(gòu)，通常稱為邊帶。科學(xué)家們測量了每次激光發(fā)射產(chǎn)生的不同邊帶之間的相關(guān)性。最終，這使他們能夠充分表征阿秒脈沖序列。

桑松說：“我們的結(jié)果不僅表明FEL可以產(chǎn)生阿秒級脈沖，而且由于采用了用于生成波形的方法，因此這些脈沖是完全可控的，并且具有很高的峰值強度。這兩個方面代表了我們方法的關(guān)鍵優(yōu)勢。結(jié)果將影響新型自由電子激光器的規(guī)劃和設(shè)計。”