attosekundvidenskab

Attosekundvidenskab er et forskningsområde relateret til studiet af ultrahurtig dynamik i atomer, molekyler og faste stoffer.

Adgangen til attosekundområdet har muliggjort studier af elektronernes grundlæggende dynamik. Sådanne eksperimenter kræver en tidsopløsning, der er kortere end svingningstiden af det elektromagnetiske felt for laserlys i det synlige og nærinfrarøde område. Dette kan eksempelvis gøres ved at benytte metoden højordens overtonegenerering (på engelsk "high-order harmonic generation" – HHG). Ved denne proces fokuseres lyset fra en ultrakortpulslaser i en ædelgas, hvorved der frembringes et spektrum af overtoner, som har frekvenser, der er et ulige tal gange laserens grundfrekvens. Under de rette eksperimentelle forudsætninger udsendes en del af HHG-frekvenserne med en veldefineret faserelation, hvilket betyder, at de adderer til en kort puls i attosekundområdet. Princippet svarer til det, der danner baggrund for modelåsning som muliggør dannelsen af ultrakorte pulser.

Feltet attosekundvidenskab er baseret på en række eksperimentelle fremskridt inden for laserteknologi. Et vigtigt bidrag har været udvikling af teknikker til at låse fasen af det elektriske felt til laserpulsens indhylningskurve, en teknik, der også udnyttes i de såkaldte frekvenskamme. I 2023 blev Nobelprisen i fysik givet til Pierre Agostini (Frankrig), Ferenc Krausz (Ungarn) og Anne l'Huillier (Frankrig) for deres bidrag til feltet.

Tidsopløsning i attosekundområdet kan opnås på forskellige måder. I ét tilfælde består attosekundlyset af en række af attosekundpulser, og tidsopløsningen opnås ved at udnytte interferens mellem elektroner, der udsendes af de forskellige HHG-frekvenser kombineret med et laserfelt. Metoden er udviklet i Pierre Agostinis forskningsgruppe og betegnes RABBIT-metoden, hvor RABBIT er en forkortelse af den engelske beskrivelse reconstruction of attosecond beating by interference of two-photon transitions. En alternativ tilgang til attosekund-tidsopløsning baserer sig på frembringelsen af enkelte (isolerede) attosekundpulser, som ioniserer et atom under tilstedeværelsen af en intens laserpuls. Det elektriske felt fra laseren påvirker elektroner løsrevet at attosekundpulsen og ændrer deres energi. Metoden minder om den, der benyttes i et streak-kamera og benævnes således "attosekund streaking". Metoden blev først demonstreret i Ferenc Krausz' forskningsgruppe.