Учёные создали камеру для наблюдения за электронами в их естественной среде обитания

[Ippolitovich]

Учёные из Института фотонных наук (ICFO, Испания) установили новый мировой рекорд, создав самый короткий и яркий импульс мягкого рентгеновского излучения длительностью всего 19,2 аттосекунды (1 ас равна 10⁻¹⁸ с). Этот импульс короче условной «атомной единицы времени» — времени одного оборота электрона вокруг ядра в атоме водорода. Сверхбыстрые импульсы позволят наблюдать за динамикой поведения электронов, что раньше было невозможно.

 

Электрон совершает полный оборот вокруг ядра в атоме водорода за 24 ас. Разрешение импульса позволяет «поймать» его в динамике до завершения полного оборота, а также даёт возможность проследить за миграцией электронов в атомах и молекулах во время широкого спектра химических реакций и физических процессов. На практике никаких электронов мы не увидим. Все данные о них — это усреднённые значения и статистические показатели. Тем не менее даже такая информация позволяет оценить поведение электронов в тех или иных материалах и условиях, а один раз увидеть всегда лучше, чем сто раз смоделировать. Искомый импульс получен с помощью генерации высших гармоник (high-harmonic generation). Ключевые прорывы включают развитие лазерных технологий, аттосекундную метрологию и новый метод реконструкции импульса. Это помогло преодолеть предыдущие ограничения и привело к достижению рекорда. Сверхкороткий импульс действует как «самая быстрая камера в мире», позволяя «замораживать» и изучать процессы — от перестройки электронов вокруг атомов до взаимодействия электронов с кристаллической решёткой.

 

 

Открытие открывает путь к прорывам в физике, химии, биологии и квантовых технологиях, включая улучшение солнечных ячеек, катализаторов и материалов. В 2023 году Нобелевскую премию по физике присудили за открытия в сфере аттосекундных импульсов. За прошедшие годы учёные развили это направление и уже готовы подглядывать не только за атомами, но даже за электронами в их естественной среде обитания.