Fotònica: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat avui la concessió del Premi Nobel de Física a Pierre Agostini, Ferenc Krausz i Anne L'Huillier "per mètodes experimentals que generen polsos de llum d'attosegons per a l'estudi de la dinàmica d'electrons en la matèria. Un attosegon (10-18) és l’escala de temps pròpia de la metrologia ultraràpida. Els tres guardonats es repartiran a parts iguales els 11 milions de kronor sueques.
Làser Nd:YAG (de granat d’itri i alumini dopat d’impureses de neodimi). La llum verda que s’observa és del primer harmònic, amb una longitud d’ona de 532 nm.
Pierre Agostini
Pierre Agostini (*Tunis, 23.07.1941) es doctorà a la Universitat d’Ais-Marselha el 1968. És professor emèrit de The Ohio State University, amb seu a Columbus.
Ferenc Krausz
Krausz Ferenc (*Mór, 17.05.1962) es doctorà a la Universitat de Tecnologia de Viena el 1991. És director de l’Institut Max Planck d’Òptica Quàntica, amb seu a Garching. És també professor a la Ludwig-Maximilians-Universität München.
Anne L'Huillier
Anne Genevieve L’Huiller Wahlström (*Paris, 16.08.1958) es doctorà a la Universitat Pierre i Marie Curie de París el 1986 amb una tesi sobre ionització multifotònica i multielectrònica. És professora a la Universitat de Lund.
La dinàmica electrònica de la matèria a l’escala d’attosegons
En la matèria els processos de moviment o de canvi d’electrons pot donar-se en escales temporals de 10-16-10-18 s. Per seguir experimentalment aquests processos es necessari poder crear polsos lluminosos d’una durada de l’ordre d’attosegons (10-18 s). Ara bé, mentre que la unitat atòmica intrínseca de temps és d’uns 24 attosegons, l’escala temporal d’un pols òptic monocíclic és de 1000 attosegons (=1 femtosegon). De tota manera el desenvolupament de tecnologia làser permeté arribar a polsos lluminosos de 6000 attosegons amb els quals ja resultava possible seguir els estats de transició de reaccions químiques, o el que és el mateix seguir el moviment d’àtoms en molècules.
Agostini et al. (1979) observaren experimentalment el procés d’ionització per damunt de llindar (ATI) en constatar com era possible que un àtom de xenó absorbessin més de sis fotons.
L’Huiller et al. (1983) aconseguiren la producció d’ions amb càrregues múltiples (Xe2+, Xe+) a partir de gasos nobles com el criptó (Kr) o el xenó (Xe) a través de processos d’absorció multifotònica amb un puls làser de 50 picosegons (=50 milions d’attosegons) amb un rang d’intensitat de 1,064 W·cm-2…
En el 1987 el grup d’Anne L’Huiller a Paris-Saclay descobrí que la transmissió de llum d’un làser infraroig Nd:YAG a través d’un gas noble genera nombrosos harmònics diferents de llum. Si un làser resulta de l’amplificació de llum a través d’una emissió estimulada de radiació, aquests harmònics presenten longituds d’ona que es corresponen a múltiples de la freqüència de la llum làser originària (1064 nm). Així, el cas de l’argó (Ar) arriben a generar-se harmònics fins al 33, el qual té una longitud d’ona de 32,2 nm. Aquests harmònics resulten de la interacció de la llum làser amb els àtoms del gas noble, que comporta l’excitació d’electrons d’aquests àtoms, traduïda eventualment en l’emissió de llum. El més interessant és que a partir del cinquè harmònica la caiguda d’intensitat cau més lentament com més alt és l’harmònic. En el cas del Xe, apareix un continu de radiació a longituds d’ona inferior a 350 nm (Ferray et al., 1988).
L’Huillier et al. (1991) presentaren un càlcul de la generació harmònica en xenó exposat a un fort camp làser, d’acord amb el qual predeien que la generació d’alts harmònics era un efecte degut a un sol electró.
Lewenstein et al. (1994) presentaren una teoria quàntica completa de la generació d’alts harmònics.
Schins et al. (1994) observaren com un plasma de gal·li generat per làser induïa transicions d’Auger en argó.
Antoine et al. (1996) demostraren experimentalment que els harmònics d’alt ordre generats per un àtom sotmès a un camp làser intens formaven trens de polsos ultrabreus corresponents a trajectòries diferents d’electrons que són tunnelats cap enfora de l’àtom i s’hi recombinen. Una selecció adient de trajectòries permetia aconseguir un tren de polsos d’attosegons de durada.
Nisoli et al. (1997) aconseguiren comprimir polsos d’alta energia de 20 femtosegons en fer-lo passar per fibres plenes de criptó, de manera que obtenien polsos de 20 μJ i de 4,5 femtosegons de durada.
En el 2001, el grup de Pierre Agostini aconseguí la producció de sèries de polsos consecutius de llum cadascun dels quals tenia una durada de 250 attosegons (0,25 femtosegons) (Paul et al., 2001).
En el 2001, el grup de Ferenc Krausz aconseguí aïllar en un sistema atòmic polsos de llum d’una durada de 650 attosegons (Hentschel et al., 2001).
La física d’attosegons ha permès estudiar processos de dinàmica electrònica de la matèria. Schultze et al. (2010) aconseguiren mesurar un retard de 21 ± 5 attosegons en la fotoemissió d’electrons procedents d’orbitals 2p d’àtoms de neó comparat amb la d’electrons de l’orbital 2s dels mateixos àtoms: naixia així l’espectroscòpia fotoelectrònica.
El repte actual és aprofitar-la per a finalitats pràctiques com ara el diagnòstic mèdic.
Lligams:
- Pàgina web del grup de recerca Attoworld.
- Free-Free Transitions Following Six-Photon Ionization of Xenon Atoms. P. Agostini, F. Fabre, G. Mainfray, G. Petite, N. K. Rahman. Phys. Rev. Lett. 42: 1127 (1979).
- Multiply charged ions induced by multiphoton absorption processes in rare-gas atoms at 1.064μm. A. L'Huillier, L. A. Lompre, G. Mainfray, C. Manus. J. Phys. B: Atom. Mol. Phys. 16 1363 (1983).
- Multiple-harmonic conversion of 1064 nm radiation in rare gases. M. Ferray, A. L'Huillier, X. F. Li, L. A. Lompre, G. Mainfray, C. Manus. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys 21: L31 (1988).
- Higher-order harmonic generation in xenon at 1064 nm: The role of phase matching. A. L’Huillier, K. J. Schafer, K. C. Kulander. Phys. Rev. Lett. 66: 2200 (1991).
- Theory of high-harmonic generation by low-frequency laser fields. M. Lewenstein, Ph. Balcou, M. Yu. Ivanov, Anne L’Huillier, P. B. Corkum. Phys. Rev. A 49: 2117 (1994).
- Observation of Laser-Assisted Auger Decay in Argon. J. M. Schins, P. Breger, P. Agostini, R. C. Constantinescu, H. G. Muller, G. Grillon, A. Antonetti, A. Mysyrowicz. Phys. Rev. Lett. 73: 2180 (1994).
- Attosecond Pulse Trains Using High–Order Harmonics. Philippe Antoine, Anne L'Huillier, Maciej Lewenstein. Phys. Rev. Lett. 77: 1234 (1996).
- Compression of high-energy laser pulses below 5 fs. M. Nisoli, S. De Silvestri, O. Svelto, R. Szipöcs, K. Ferencz, Ch. Spielmann, S. Sartania, F. Krausz. Opt. Lett. 22: 522-524 (1997).
- Observation of a Train of Attosecond Pulses from High Harmonic Generation. P. M. Paul, E. S. Toma, P. Breger, G. Mullot, F. Auge, P. Balcou, H. G. Muller, P. Agostini. Science 292: 1689-1692 (2001).
- Attosecond metrology. M. Hentschel, R. Kienberger, Ch. Spielmann, G. A. Reider, N. Milosevic, T. Brabec, P. Corkum, U. Heinzmann, M. Drescher, F. Krausz. Nature 414: 509-513 (2001).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada