Ninu ikede pataki kan ni irọlẹ Oṣu Kẹwa Ọjọ 3, Ọdun 2023, Ebun Nobel ninu Fisiksi fun ọdun 2023 ni a ṣe afihan, ni mimọ awọn ilowosi iyalẹnu ti awọn onimọ-jinlẹ mẹta ti wọn ti ṣe awọn ipa pataki bi awọn aṣaaju-ọna ni agbegbe ti imọ-ẹrọ laser attosecond.

Oro naa "lesa attosecond" n gba orukọ rẹ lati akoko akoko kukuru ti iyalẹnu ti o nṣiṣẹ lori, ni pataki ni aṣẹ ti awọn iṣẹju-aaya, ti o baamu si awọn aaya 10 ^-18. Lati loye pataki imọ-ẹrọ yii, oye ipilẹ ti ohun ti attosecond tọka si jẹ pataki julọ. Attosecond kan duro bi akoko iṣẹju ti o pọju pupọ, ti o jẹ bilionu kan ti bilionu kan ti iṣẹju kan laarin aaye gbooro ti iṣẹju-aaya kan. Láti fi èyí sí ojú ìwòye, bí a bá fi ìṣẹ́jú àáyá kan wé òkè gíga kan, àtọ̀sẹ̀ kejì yóò dà bí hóró iyanrìn kan tí a tẹ́ sí ìpìlẹ̀ òkè náà. Ni aarin igba diẹ yii, paapaa ina le laiṣe laya ni ijinna kan ti o dọgba si iwọn atomu kọọkan. Nipasẹ lilo awọn lesa attosecond, awọn onimo ijinlẹ sayensi gba agbara airotẹlẹ lati ṣe ayẹwo ati ṣe afọwọyi awọn agbara intricate ti awọn elekitironi laarin awọn ẹya atomiki, ni ibamu si fireemu-nipasẹ-fireemu ti o lọra-iṣipopada ni ọna ere sinima kan, nitorinaa jinlẹ sinu ibaraenisepo wọn.

Attosecond lesaṣe aṣoju ipari ti iwadii nla ati awọn akitiyan ajumọṣe nipasẹ awọn onimọ-jinlẹ, ti wọn ti lo awọn ilana ti awọn opiti aiṣedeede lati ṣe awọn lasers ultrafast. Wiwa wọn ti pese wa pẹlu aaye tuntun tuntun fun akiyesi ati iṣawari ti awọn ilana ti o ni agbara ti n tan laarin awọn ọta, awọn sẹẹli, ati paapaa awọn elekitironi ninu awọn ohun elo to lagbara.

Lati ṣe alaye iru awọn lesa attosecond ati riri awọn abuda ti kii ṣe deede ni akawe si awọn lesa ti aṣa, o jẹ dandan lati ṣawari isọri wọn laarin “ẹbi laser” ti o gbooro. Isọsọtọ nipasẹ gigun awọn aaye awọn ina lesa iṣẹju-aaya ni pataki julọ laarin iwọn ultraviolet si awọn igbohunsafẹfẹ X-ray rirọ, ti o nfihan ni pataki awọn iwọn gigun kukuru ni idakeji si awọn lesa aṣa. Ni awọn ofin ti awọn ipo iṣelọpọ, awọn ina lesa attosecond ṣubu labẹ ẹka ti awọn lesa pulsed, ti a ṣe afihan nipasẹ awọn akoko pulse kukuru pupọ wọn. Lati fa apere kan fun wípé, eniyan le ṣe akiyesi awọn lesa igbi lilọsiwaju gẹgẹbi ina filaṣi ti njade ina ina ti nlọsiwaju, lakoko ti awọn lasers pulsed dabi ina strobe, ti n yipada ni iyara laarin awọn akoko itanna ati okunkun. Ni pataki, awọn ina lesa attosecond ṣe afihan ihuwasi gbigbo laarin itanna ati okunkun, sibẹsibẹ iyipada wọn laarin awọn ipinlẹ mejeeji n tan kaakiri ni igbohunsafẹfẹ iyalẹnu kan, de ijọba ti awọn iṣẹju-aaya.

Siwaju sii tito lẹšẹšẹ nipasẹ agbara gbe awọn lasers sinu agbara-kekere, alabọde-agbara, ati awọn biraketi agbara-giga. Awọn lasers Attosecond ṣaṣeyọri agbara tente oke giga nitori awọn akoko pulse kukuru kukuru wọn, ti o mu abajade agbara tente oke kan (P) - asọye bi kikankikan ti agbara fun akoko ẹyọkan (P=W/t). Botilẹjẹpe awọn iṣọn ina lesa kọọkan attosecond le ma ni agbara ti o tobi pupọ (W), iwọn igba kukuru wọn (t) yoo fun wọn ni agbara tente oke.

Ni awọn ofin ti awọn ibugbe ohun elo, awọn ina lesa gbooro kan julọ.Oniranran ti o yika ile-iṣẹ, iṣoogun, ati awọn ohun elo imọ-jinlẹ. Awọn lasers Attosecond ni akọkọ rii onakan wọn laarin agbegbe ti iwadii imọ-jinlẹ, pataki ni iṣawari ti awọn iyalẹnu ti nyara ni iyara laarin awọn agbegbe ti fisiksi ati kemistri, ti o funni ni window kan sinu awọn ilana iyara iyara agbaye ti microcosmic.

Isọri nipasẹ alabọde ina lesa awọn ina lesa bi awọn lasers gaasi, awọn ina-ipinlẹ ti o lagbara, awọn laser olomi, ati awọn lasers semikondokito. Iran ti awọn lesa attosecond ni igbagbogbo da lori media lesa gaasi, ti o tobi lori awọn ipa opiti ti kii ṣe laini lati ṣe agbekalẹ awọn irẹpọ aṣẹ-giga.

Ni akojọpọ, awọn ina lesa attosecond jẹ kilasi alailẹgbẹ ti awọn lesa pulse kukuru, ti a ṣe iyatọ nipasẹ awọn akoko pulse kukuru kukuru wọn, deede ni iwọn ni awọn iṣẹju-aaya. Bi abajade, wọn ti di awọn irinṣẹ pataki fun wiwo ati ṣiṣakoso awọn ilana agbara ultrafast ti awọn elekitironi laarin awọn ọta, awọn ohun elo, ati awọn ohun elo to lagbara.

Ilana Ilaju ti Iran Laser Attosecond

Imọ-ẹrọ laser Attosecond duro ni iwaju ti ĭdàsĭlẹ ijinle sayensi, ti o nṣogo eto awọn ipo ti o ni iyanilẹnu fun iran rẹ. Lati ṣe alaye awọn intricacies ti iran lesa attosecond, a bẹrẹ pẹlu iṣafihan ṣoki ti awọn ilana ipilẹ rẹ, atẹle nipasẹ awọn afiwera ti o han gbangba ti o wa lati awọn iriri ojoojumọ. Awọn oluka ti ko ni oye ninu awọn intricacies ti fisiksi ti o yẹ ko nilo ainireti, bi awọn apẹẹrẹ ti o tẹle ni ifọkansi lati jẹ ki fisiksi ipilẹ ti awọn lesa attosecond ni iraye si.

Ilana iran ti awọn lesa attosecond ni akọkọ da lori ilana ti a mọ si Irẹpọ Harmonic High (HHG). Ni akọkọ, tan ina ti iwọn-giga femtosecond (10 ^-15 iṣẹju-aaya) awọn iṣọn laser ti wa ni idojukọ ni wiwọ si ohun elo ibi-afẹde gaseous. O tọ lati ṣe akiyesi pe awọn lasers femtosecond, ti o jọra si awọn lasers iṣẹju-aaya, pin awọn abuda ti nini awọn akoko pulse kukuru ati agbara tente oke giga. Labẹ awọn ipa ti awọn intense lesa aaye, elekitironi laarin awọn gaasi awọn ọta ti wa ni momentarily ominira lati wọn atomiki arin, transiently titẹ ipinle kan ti free elekitironi. Bi awọn elekitironi wọnyi ṣe n yipada ni idahun si aaye laser, wọn bajẹ pada si ati tun darapọ pẹlu awọn ekuro atomiki obi wọn, ṣiṣẹda awọn ipinlẹ agbara-giga tuntun.

Lakoko ilana yii, awọn elekitironi n gbe ni awọn iyara ti o ga pupọ, ati lẹhin isọdọkan pẹlu awọn ekuro atomiki, wọn tu agbara afikun silẹ ni irisi awọn itujade ti irẹpọ giga, ti n ṣafihan bi awọn fọton agbara-giga.

Awọn loorekoore ti awọn fọton agbara-giga tuntun ti a ṣẹda tuntun jẹ awọn nọmba odidi ti igbohunsafẹfẹ laser atilẹba, ti o n ṣe ohun ti a pe ni harmonics aṣẹ-giga, nibiti “harmonics” n tọka si awọn igbohunsafẹfẹ ti o jẹ iye-pupọ ti igbohunsafẹfẹ atilẹba. Lati ni awọn lesa attosecond, o di pataki lati ṣe àlẹmọ ati dojukọ awọn irẹpọ aṣẹ-giga wọnyi, yiyan awọn irẹpọ kan pato ati idojukọ wọn sinu aaye idojukọ kan. Ti o ba fẹ, awọn imọ-ẹrọ funmorawon pulse le dinku iye akoko pulse siwaju sii, ti nso awọn iṣọn kukuru kukuru ni sakani attosecond. Ni gbangba, iran ti awọn lesa attosecond jẹ ilana ti o fafa ati ọpọlọpọ, nbeere iwọn giga ti agbara imọ-ẹrọ ati ohun elo amọja.

Lati sọ ilana inira yii sọ di mimọ, a funni ni ibajọra afiwera ti o ni ipilẹ ni awọn oju iṣẹlẹ ojoojumọ:

Agbara-giga Femtosecond Laser Pulses:

Foju inu ti o ni katapiti ti o lagbara ni iyasọtọ ti o lagbara lati sọ awọn okuta lesekese ni awọn iyara nla, ni ibamu si ipa ti o ṣe nipasẹ awọn itọsẹ laser femtosecond giga-giga.

Ohun elo Àfojúsùn Gaseous:

Foju inu wo ara omi ti o ni ifọkanbalẹ ti o ṣe afihan awọn ohun elo ibi-afẹde gaseous, nibiti isun omi kọọkan ṣe duro fun ẹgbẹẹgbẹrun awọn ọta gaasi. Iṣe ti gbigbe awọn okuta sinu ara omi ni afiwera ṣe afihan ipa ti awọn ifun laser femtosecond giga-giga lori ohun elo ibi-afẹde gaseous.

Iṣipopada Itanna ati Iṣatunṣe (Iyipada Ti Ara):

Nigbati awọn iṣọn laser femtosecond ni ipa awọn ọta gaasi laarin awọn ohun elo ibi-afẹde gaseous, nọmba pataki ti awọn elekitironi ita ni itara fun igba diẹ si ipo kan nibiti wọn yọkuro kuro ninu awọn ekuro atomiki oniwun wọn, ti o n ṣe ipo pilasima-bi. Bi agbara eto naa ṣe n dinku lẹhin naa (niwọn igba ti awọn iṣọn ina lesa ti wa ni pulsed ni ti ara, ti o nfihan awọn aaye arin ti idaduro), awọn elekitironi ita wọnyi pada si agbegbe wọn ti awọn ekuro atomiki, ti n tu awọn photon agbara-giga silẹ.

Iran Harmonic Giga:

Fojuinu ni igba kọọkan ti omi ti n ṣubu silẹ pada si oju adagun, o ṣẹda awọn ripples, pupọ bi awọn harmonics giga ni awọn lasers attosecond. Awọn ripples wọnyi ni awọn igbohunsafẹfẹ giga ati titobi ju awọn ripple atilẹba ti o ṣẹlẹ nipasẹ pulse laser femtosecond akọkọ. Lakoko ilana HHG, tan ina lesa ti o lagbara, ti o jọra si awọn okuta didan nigbagbogbo, tan imọlẹ ibi-afẹde gaasi kan, ti o dabi oju adagun. Aaye ina ina lesa yii n tan awọn elekitironi sinu gaasi, ti o jọra si awọn ripples, kuro lọdọ awọn ọta obi wọn lẹhinna fa wọn pada. Nigbakugba ti elekitironi ba pada si atomu, o njade ina ina lesa tuntun pẹlu igbohunsafẹfẹ giga, ni ibamu si awọn ilana ripple diẹ sii.

Sisẹ ati Idojukọ:

Apapọ gbogbo awọn ina ina lesa ti o ṣẹṣẹ ṣẹṣẹ ṣe mu ọpọlọpọ awọn awọ lọpọlọpọ (awọn igbohunsafẹfẹ tabi awọn iwọn gigun), diẹ ninu eyiti o jẹ laser attosecond. Lati ya sọtọ awọn iwọn ripple kan pato ati awọn loorekoore, o le gba àlẹmọ amọja kan, ni ibamu si yiyan awọn ripples ti o fẹ, ati lo gilasi ti o ga lati dojukọ wọn si agbegbe kan pato.

Funmorawon Pulse (ti o ba wulo):

Ti o ba ṣe ifọkansi lati tan awọn ripples yiyara ati kukuru, o le mu ilọsiwaju wọn pọ si nipa lilo ẹrọ amọja, dinku akoko ti ripple kọọkan duro. Awọn iran ti attosecond lesa je kan eka interplay ti awọn ilana. Bibẹẹkọ, nigba ti a ba fọ ati ti a wo oju, o di oye diẹ sii.