Ученые научились контролировать сверхбыстрое движение электронов при помощи лазерных импульсов - «Наука и технологии»

Международная группа ученых разработала технологию управления сверхбыстрым движением электронов при помощи импульсов света, вырабатываемых лазером на свободных электронах Free Electron Laser FERMI. Данное достижение открывает путь к изучению сложных и быстрых явлений аттосекундного масштаба времени, которые являются основой всех естественных процессов в природе, включая фотосинтез, катализ и биохимические процессы.

Следует отметить, что химические, физические и биологические процессы в природе являются весьма динамичными, большинство из них зависит не только от атомарной и электронной структуры задействованных в них веществ, но и на скорости взаимодействия различных компонентов. Для изучения этого аспекта было введено понятие "фемтохимия", за которое ученый Ахмед Зевейл (Ahmed Zewail) удостоился Нобелевской премии в 1999 году. Фемтохимия является процессом изучения и контроля динамических химических реакций при помощи сверхкоротких фемтосекундных импульсов лазерного света. Это масштаб времени, которое требуется для образования химических связей во время реакций, таких, как горение.

Однако естественные процессы являются еще более быстрыми. Процессы, затрагивающие атомы молекул, происходят в течение фемтосекунд, но процессы, в которых принимают участие электроны, происходят гораздо быстрее, ведь они двигаются в тысячи раз быстрее, нежели атомы. Типовое время, за которое электроны могут быть задействованы в том или ином процессе, составляет сотни или десятки аттосекунд (одна миллиардная одной миллиардной доли секунды).

Группа, в состав которой входили ученые из Италии, Японии, России (Московского государственного университета имени Ломоносова) и Германии, использовали импульсы, состоящие из света с двумя различными длинами волн. Изменением параметров импульса и соотношения в нем фотонов с различной длиной волны, ученые добились надежного управления направлением и интенсивностью излучения потока электронов, выбиваемых светом из атомов. При этом, временное разрешение такой технологии управления составило всего 3 аттосекунды, что дает ученым в руки возможности исследований и контроля чрезвычайно быстрых процессов.

"Данное достижение дает ученым всего мира возможность изучения и управления ультрабыстрыми процессами, к которых задействовано движение электронов в аттосекундных временных рамках" - рассказывает Кииоши Уеда (Kiyoshi Ueda), руководитель группы университета Тохоку (Tohoku University), Япония, - "Теперь мы можем контролировать сложные процессы, к примеру фотокаталитические и другие, в которых главную роль играет перенос электрических зарядов. А все это, в свою очередь, может послужить основой для создания множества новых технологий, которые будут служить во благо всего человечества".