Prestižinis mokslo žurnalas „Nature Physics“ neseniai publikavo straipsnį „All-optical Attoclock for Imaging Tunnelling Wavepackets“, skirtą teorinei ir eksperimentinei itin sparčios atomų jonizacijos analizei. Tarp šio straipsnio autorių – ir Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto Lazerinių tyrimų centro vyriausiasis mokslo darbuotojas dr. (HP) Virgilijus Vaičaitis. Iki šiol šiame žurnale buvo publikuoti tik 2 straipsniai, kuriuose tarp bendraautorių buvo ir Lietuvoje dirbantys mokslininkai.

Šiuo metu žymiausios pasaulio laboratorijos ir mokslininkai lenktyniauja, kas sukurs trumpesnius atosekundinius impulsus ar pademonstruos naujas šių impulsų taikymo technologijas. Tai nėra paprasta, nes ši mokslo sritis vis dar vystosi, nėra tinkamos įrangos arba ji labai sudėtinga ir brangi, todėl labai sunku teorines prielaidas patikrinti eksperimentiškai. Net pats atosekundinių impulsų generacijos mechanizmas dar nėra iki galo ištirtas, nes jo metu vyksta atomų ar molekulių jonizacija, o šis reiškinys kartais dar greitesnis nei pačių atosekundinių impulsų generacija.

Tačiau neseniai tarptautinė mokslininkų grupė iš 4 šalių ir net 11 mokslo institucijų pasiūlė daug paprastesnį metodą. Šio naujai pasiūlyto metodo svarbą patvirtina ir faktas, kad neseniai šiuos tyrimus aprašantis mokslinis straipsnis, tarp kurio bendraautorių yra ir dr. (HP) V. Vaičaitis, neseniai buvo publikuotas prestižiniame žurnale „Nature Physics“.

Straipsnyje siūlomas naujas, vien tik optinėmis technologijomis pagrįstas tunelinės atomų ar molekulių jonizacijos tyrimo metodas, kuris ateityje galėtų smarkiai supaprastinti ultrasparčių (atosekundinių) reiškinių tyrimus, nes šiuo metu eksperimentiškai atomų jonizaciją galima tirti tik registruojant jos metu atsirandančių elektronų greitį ir trajektorijas, tačiau praktiniu požiūriu toks metodas yra labai sudėtingas – būtinas vakuumas, reikalinga specifinė ir brangi elektronų greitį ir kitus jų parametrus registruojanti aparatūra, sudėtinga gautų duomenų interpretacija – ir nelabai patikimas.

Terahercų dažnio spinduliuotės pluošto, generuojamo ore femtosekundiniais lazerio impulsais, vaizdas, užfiksuotas mikrobolometrine termokamera

Straipsnyje parodoma, kad jonizacijos metu atomą paliekančius elektronus gali visiškai charakterizuoti kiti kartu su atosekundžių generavimu vykstantys reiškiniai – terahercų (THz) dažnio spinduliuotės generacija ir trečiosios optinės harmonikos generacija, kai sąveikaujančių su plazma femtosekundinių lazerio impulsų dažnis trigubėja. Buvo pademonstruota, kad esant tam tikroms sąlygoms šių spinduliuočių poliarizacijos būsenose yra užšifruota visa informacija apie atomų jonizacijos procesą tuo metu, kai generuojami atosekundinės trukmės šviesos impulsai.

Taigi naujasis metodas turėtų gerokai palengvinti atosekundinių impulsų generacijos tyrimus ir pagreitinti ultrasparčiųjų reiškinių analizę. Tai ypač aktualu tiriant tokias sistemas, kur fotoelektronų detekcija yra sudėtinga ar net praktiškai neįmanoma, pavyzdžiui, kietų kūnų jonizaciją. Praktiniu požiūriu šis išradimas turėtų gerokai paspartinti kompaktiškų rentgeno spinduliuotės šaltinių, tinkamų medicinai ir šiuo metu labai reikalingų kompiuterinių lustų gamybai, kūrimą.

Visą straipsnį skaitykite čia.