PULSURI VU TUNABILE ÎN VACCUMUL ULTRAVIOLET, CARACTERIZATE COMPLET PENTRU A ANALIZA DINAMICA ELECTRONILOR DE VALENȚĂ
Pe 7 noiembrie 2025, echipa de cercetători de la Institutul Max Born pentru Optica Nonlineară și Spectroscopia Pulsului Scurt anunță caracterizarea completă a pulsuri de lumină de câteva femtosecunde, tunabile în intervalul ultraviolet-vacuum (VUV). Aceste rezultate revoluționare deschid porți pentru studierea dinamicii electronilor de valență în diverse materiale utilizând VUV.
Publicația acestui studiu apare în jurnalul Nature Photonics și marchează o realizare semnificativă în știința laserului modern. Pulsurile ultrashorte de câteva femtosecunde sunt considerate o „sfântă graal” în domeniu, având în vedere că majoritatea materialelor prezintă rețele electronice în domeniile UV adânc și VUV. Acest lucru permite examinarea dinamicii electronilor de valență cu o rezoluție temporală fără precedent.
Una dintre provocările majore în manipularea și măsurarea acestor pulsuri a fost dispersia mare a materialelor, datorată relației Kramers-Kronig, care se activează în apropierea rezonanțelor. John C. Travers de la Universitatea Heriot-Watt din Marea Britanie a dezvoltat o tehnică de generare a pulsurilor UV tunabile, folosind emisia de undă dispersive rezonatoare (RDW) după auto-comprimarea solitonilor în ghiduri de undă, facilitând astfel obținerea pulsului de nivelul de microjouli.
Aceste tehnici au evoluat, iar RDW este acum utilizată pentru studii într-o gamă spectrală extinsă, până la UV adânc (~230 nm). Totuși, lungimile de undă mai scurte asociate cu VUV (100-200 nm) nu au fost explorate din cauza dificultăților tehnice semnificative datorate absorbției ridicate și dispersiei extreme a materialelor în acest domeniu.
Echipa de la Institutul Max Born din Berlin a reușit însă să extindă utilizarea tehnicii RDW la gama spectrală VUV, având succes în caracterizarea completă a pulsurilor tunabile între 160 și 190 nm printr-o tehnică numită electron FROG. Această variantă a gatingului optic rezolvat pe frecvență utilizează ionizarea prin două fotoni a gazelor nobile ca non-linearitate, permițând măsurarea formei pulsului cu o rezoluție temporală excepțională.
Măsurarea a implicat înregistrarea spectrului energetic cinetic al fotoelectronilor în funcție de întârzierile între două replici de puls care ionizau ținta gazului. Spectrogramele bidimensionale înregistrate conțin informații despre forma pulsului, care pot fi extrase folosind un algoritm de recuperare a fazei prin evoluție diferențiată. Aceste măsurători au fost validate printr-o serie de verificări, inclusiv comparația rezultatelor cu calcule mecanice cuantice ab initio.
În plus, echipamentul electron FROG a fost utilizat pentru măsurători de tip pump-probe pe o serie de molecule organice mici, cum ar fi etilena. Aceste măsurători, realizate cu o rezoluție temporală fără precedent, oferă noi perspective asupra dinamicii de relaxare în stadiile incipiente după foto-excitație. Actualmente, datele măsurate sunt analizate și comparate cu simulările dinamice moleculare.
Acest avans în caracterizarea pulsului VUV are implicații imense pentru cercetarea materialelor, permițând studierea proceselor fundamentale de dinamică a electronilor într-un mod care era anterior imposibil. Cercetările în acest domeniu ar putea conduce la descoperiri inovatoare, influențând atât științele fundamentale, cât și aplicațiile tehnologice futuriste.
Informații suplimentare pot fi găsite în studiul publicat de José R. C. Andrade et al, intitulat „Temporal characterization of tunable few-cycle vacuum ultraviolet pulses”, în revista Nature Photonics.
