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

化學(xué)反應(yīng)是通過(guò)其各自的電子結(jié)構(gòu)和動(dòng)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(guò)程僅需要幾百個(gè)阿秒。電子對(duì)外部電場(chǎng)敏感，因此研究人員可以通過(guò)用光脈沖照射電子來(lái)輕松地控制它們。一旦他們?cè)跁r(shí)間上塑造了阿秒脈沖的電場(chǎng)，研究人員就可以實(shí)時(shí)控制電子動(dòng)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€(gè)阿秒脈沖的波形。

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

桑松解釋說(shuō)：“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(shí)刻。具有塑造電場(chǎng)的能力，使我們能夠控制電子運(yùn)動(dòng) - 長(zhǎng)期目標(biāo)是優(yōu)化電子運(yùn)動(dòng)的基本過(guò)程，例如光合作用或材料中的電荷分離?！?/span>

該小組由來(lái)自美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、意大利、奧地利、斯洛文尼亞、匈牙利、日本和瑞典的研究機(jī)構(gòu)的理論家和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。該激光器是唯一具有這種獨(dú)特能力的激光器，它可以在具有完全可控相對(duì)相位的極紫外光譜范圍內(nèi)合成具有不同波長(zhǎng)的輻射。

阿秒脈沖由短時(shí)間激光諧波重疊造成。科學(xué)家使用FERMI提供的振蕩器產(chǎn)生了一組四個(gè)基本波長(zhǎng)的激光諧波。這些設(shè)備，可操縱相對(duì)論電子束的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生紫外線。該實(shí)驗(yàn)的主要挑戰(zhàn)之一是這些相對(duì)相的測(cè)量，其特征是通過(guò)結(jié)合阿秒脈沖和紅外場(chǎng)來(lái)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?？茖W(xué)家們測(cè)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(shuō)：“我們的結(jié)果不僅表明FEL可以產(chǎn)生阿秒級(jí)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(qiáng)度。這兩個(gè)方面代表了我們方法的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。結(jié)果將影響新型自由電子激光器的規(guī)劃和設(shè)計(jì)?！?/span>