Ann an naidheachd chudromach air feasgar 3 Dàmhair, 2023, chaidh an Duais Nobel ann am Fiosaigs airson na bliadhna 2023 fhoillseachadh, ag aithneachadh na chuir triùir luchd-saidheans air adhart a tha air prìomh dhleastanasan a chluich mar thùsairean ann an raon teicneòlas laser attosecond.

Tha an teirm “laser attosecond” a’ tighinn bhon chlàr-ama air leth goirid air a bheil e ag obair, gu sònraichte ann an òrdugh attoseconds, a’ freagairt ri 10 ^ -18 diogan. Gus tuigse fhaighinn air brìgh domhainn an teicneòlais seo, tha tuigse bhunaiteach air na tha attosecond a’ ciallachadh air leth cudromach. Tha attosecond a’ seasamh mar aonad ùine air leth mionaid, a’ dèanamh suas billeanan de bhilleanamh de dhiog taobh a-staigh co-theacs nas fharsainge aon diog. Gus seo a chur ann an seallaidh, nan robh sinn gu bhith a’ samhlachadh diog ri beinn àrd, bhiodh an diog coltach ri aon ghràn gainmhich a tha suidhichte aig bonn na beinne. Anns an eadar-ama luath seo, is gann gum faod eadhon solas a dhol thairis air astar co-ionann ri meud atom fa leth. Tro bhith a’ cleachdadh lasers attosecond, bidh luchd-saidheans a’ faighinn an comas nach fhacas a-riamh gus daineamaigs toinnte dealanan taobh a-staigh structaran atamach a sgrùdadh agus a làimhseachadh, coltach ri ath-chluich gluasad slaodach frèam-air-frèam ann an sreath cinematic, agus mar sin a’ dol a-steach don eadar-chluich aca.

Attosecond lasersa’ riochdachadh crìoch rannsachaidh farsaing agus oidhirpean còmhla le luchd-saidheans, a tha air feum a dhèanamh de phrionnsapalan optics neo-loidhneach gus lasers ultrafast a chiùird. Tha an teachd-a-steach aca air sealladh ùr-nodha a thoirt dhuinn airson a bhith ag amharc agus a’ sgrùdadh nam pròiseasan fiùghantach a tha a’ tighinn a-steach taobh a-staigh dadaman, moileciuilean, agus eadhon dealanan ann an stuthan cruaidh.

Gus nàdar lasers attosecond a shoilleireachadh agus na feartan neo-ghnàthach aca a mheas an coimeas ri lasers gnàthach, tha e deatamach sgrùdadh a dhèanamh air an seòrsachadh taobh a-staigh an “teaghlach laser.” Bidh seòrsachadh a rèir tonn-tonn a’ cur lasers attosecond sa mhòr-chuid taobh a-staigh an raon de ultraviolet gu tricead X-ray bog, a’ comharrachadh na tonnan gu math nas giorra aca an taca ri lasers àbhaisteach. A thaobh modhan toraidh, tha lasers attosecond a’ tighinn fon roinn de lasers pulsed, air an comharrachadh leis na h-amannan cuisle a tha gu math goirid aca. Gus samhlachas a tharraing airson soilleireachd, faodaidh aon a bhith a’ faicinn leusairean tonn leantainneach a tha coltach ri flashlight a ’sgaoileadh solas leantainneach, fhad‘ s a tha lasers pulsed coltach ri solas strobe, ag atharrachadh gu luath eadar amannan soillseachaidh agus dorchadas. Gu dearbh, tha lasers attosecond a’ nochdadh giùlan pulsating taobh a-staigh an t-soillseachadh agus an dorchadas, ach a dh’ aindeoin sin tha an gluasad eadar an dà stàit a ’dol air adhart aig tricead iongantach, a’ ruighinn rìoghachd attoseconds.

Tha tuilleadh seòrsachaidh le cumhachd a’ cur lasers gu camagan cumhachd ìosal, meadhanach-cumhachd agus cumhachd àrd. Bidh lasers Attosecond a’ coileanadh cumhachd stùc àrd mar thoradh air na h-amannan cuisle fìor ghoirid aca, a’ leantainn gu cumhachd stùc follaiseach (P) - air a mhìneachadh mar dian lùth gach aonad ùine (P = W / t). Ged is dòcha nach eil lùth air leth mòr (W) aig buillean laser attosecond fa leth, tha an ìre ùine ghoirid aca (t) a’ toirt cumhachd àrd àrd dhaibh.

A thaobh raointean tagraidh, tha lasers a’ cuairteachadh speactram a’ toirt a-steach tagraidhean gnìomhachais, meidigeach agus saidheansail. Bidh lasers Attosecond gu sònraichte a’ lorg an àite sònraichte taobh a-staigh raon sgrùdadh saidheansail, gu sònraichte ann a bhith a’ sgrùdadh uinneanan a tha ag atharrachadh gu luath taobh a-staigh raointean fiosaigs agus ceimigeachd, a’ tabhann uinneag a-steach do phròiseasan luath fiùghantach an t-saoghail microcosmic.

Tha seòrsachadh a rèir meadhan laser a’ mìneachadh leusairean mar leusairean gas, leusairean stàite cruaidh, leusairean lionn, agus leusairean semiconductor. Mar as trice bidh gineadh leusairean attosecond an urra ri meadhanan leusair gas, a’ gabhail brath air buaidhean optigeach neo-loidhneach gus harmonics àrd-òrdugh a bhrosnachadh.

Gu h-iomlan, tha lasers attosecond a’ dèanamh suas clas sònraichte de leusairean goirid-pulse, air an comharrachadh leis na h-amannan cuisle air leth goirid aca, mar as trice air an tomhas ann an attoseconds. Mar thoradh air an sin, tha iad air fàs gu bhith nan innealan riatanach airson a bhith ag amharc agus a’ cumail smachd air pròiseasan fiùghantach ultrafast electrons taobh a-staigh dadaman, moileciuilean, agus stuthan cruaidh.

Pròiseas toinnte de ghineadh laser Attosecond

Tha teicneòlas laser Attosecond aig fìor thoiseach ùr-ghnàthachadh saidheansail, a’ bòstadh seata de shuidheachaidhean a tha gu math teann airson a ghinealach. Gus soilleireachadh a dhèanamh air iom-fhillteachd ginealach attosecond leusair, bidh sinn a’ tòiseachadh le taisbeanadh pongail de na prionnsapalan bunaiteach aige, air a leantainn le metaphors beothail a thàinig bho eòlasan làitheil. Chan fheum luchd-leughaidh nach eil eòlach air iom-fhillteachd na fiosaig iomchaidh eu-dòchas, leis gu bheil na metaphors a leanas ag amas air fiosaig stèidheachaidh lasers attosecond a thoirt seachad.

Tha pròiseas gineadh lasers attosecond gu mòr an urra ris an dòigh ris an canar High Harmonic Generation (HHG). An toiseach, tha giùlan de bhuillean laser femtosecond àrd-dian (10 ^ -15 diogan) ag amas gu teann air stuth targaid gasach. Is fhiach a bhith mothachail gu bheil leusairean femtosecond, coltach ri lasers attosecond, a’ co-roinn feartan a bhith a’ sealbhachadh amannan cuisle goirid agus cumhachd stùc àrd. Fo bhuaidh an raon leusair dian, bidh dealanan taobh a-staigh nan dadaman gas air an saoradh sa mhionaid bho na niùclasan atamach aca, a’ dol a-steach gu sealach gu staid de eleactronan an-asgaidh. Mar a bhios na dealanan sin a’ oscillate mar fhreagairt don raon leusair, bidh iad mu dheireadh a’ tilleadh gu agus ag ath-chur còmhla ri am pàrant-chnoc atamach, a’ cruthachadh stàitean làn lùtha ùra.

Tron phròiseas seo, bidh dealanan a’ gluasad aig astaran fìor àrd, agus nuair a thèid an ath-mheasgachadh leis na niuclasan atamach, bidh iad a’ leigeil ma sgaoil lùth a bharrachd ann an cruth sgaoilidhean harmonic àrd, a’ nochdadh mar photons àrd-lùth.

Tha tricead nam photons àrd-lùth sin a chaidh an cruthachadh às ùr nan iomadan iomlan den tricead laser tùsail, a’ cruthachadh an rud ris an canar harmonics àrd-òrdugh, far a bheil “harmonics” a’ comharrachadh triceadan a tha nan iomadan bunaiteach den tricead tùsail. Gus lasers attosecond fhaighinn, bidh e riatanach na harmonics àrd-òrdugh sin a shìoladh agus a chuimseachadh, a’ taghadh harmonics sònraichte agus gan cuimseachadh gu àite fòcas. Ma thogras tu, faodaidh dòighean teannachaidh cuisle giorrachadh a dhèanamh air fad na cuisle, a’ toirt a-mach buillean ultra-ghoirid anns an raon attosecond. Gu follaiseach, tha gineadh lasers attosecond na phròiseas sòlaimte agus ioma-thaobhach, ag iarraidh ìre àrd de chomas teignigeach agus uidheamachd sònraichte.

Gus am pròiseas toinnte seo a mhìneachadh, bidh sinn a’ tabhann co-shìnte metaphorical stèidhichte ann an suidheachaidhean làitheil:

Pulses laser Femtosecond àrd-dian:

Envision le catapult air leth cumhachdach a tha comasach air clachan a ghluasad sa bhad aig astaran mòra, coltach ris a’ phàirt a th’ aig buillean laser femtosecond àrd-dian.

Stuth targaid gaseous:

Dèan dealbh air corp ciùin uisge a tha a’ samhlachadh an stuth targaid gaseous, far a bheil gach boinne uisge a’ riochdachadh grunn ataman gas. Tha an gnìomh a bhith a’ gluasad chlachan a-steach don bhodhaig uisge seo gu co-chosmhail ri buaidh buillean laser femtosecond àrd-dian air an stuth targaid gasach.

Gluasad dealanach agus ath-mheasgachadh (eadar-ghluasad le teirm corporra):

Nuair a bheir buillean laser femtosecond buaidh air na dadaman gas taobh a-staigh an stuth targaid gaseous, tha àireamh mhòr de eleactronan a-muigh air bhioran sa bhad gu staid far a bheil iad a’ dealachadh bho na niùclasan atamach aca, a’ cruthachadh staid coltach ri plasma. Mar a bhios lùth an t-siostaim a’ lughdachadh às deidh sin (leis gu bheil na buillean laser air am brùthadh gu gnèitheach, a’ nochdadh amannan stadaidh), bidh na dealanan a-muigh sin a’ tilleadh chun sgìre faisg air na niùclasan atamach, a’ leigeil ma sgaoil photons àrd-lùth.

Ginealach Àrd Harmonic:

Smaoinich a h-uile uair a thuiteas boinneag uisge air ais gu uachdar an locha, bidh e a’ cruthachadh ripples, coltach ri harmonics àrd ann an lasers attosecond. Tha triceadan agus leudachaidhean nas àirde aig na ripples sin na na cnapan tùsail a dh’ adhbhraich a’ phrìomh chuisle laser femtosecond. Tron phròiseas HHG, bidh beam laser cumhachdach, coltach ri bhith a’ tilgeil chlachan gu leantainneach, a’ soilleireachadh targaid gas, coltach ri uachdar an locha. Bidh an raon laser dian seo a’ gluasad dealanan anns a’ ghas, coltach ri ripples, air falbh bho na dadaman pàrant aca agus an uairsin gan tarraing air ais. Gach uair a thilleas dealanach chun an atom, bidh e a’ sgaoileadh beam laser ùr le tricead nas àirde, coltach ri pàtrain ripple nas toinnte.

Criathradh agus fòcas:

Le bhith a’ cothlamadh nan sailean laser sin uile a chaidh a chruthachadh às ùr bheir sin a-mach speactram de dhiofar dhathan (tricead no tonnan), cuid dhiubh a’ dèanamh suas an leusair attosecond. Gus meudan agus triceadan sònraichte a sgaradh, faodaidh tu criathrag sònraichte a chleachdadh, coltach ri bhith a’ taghadh ripples a tha thu ag iarraidh, agus glainne-mheudachaidh a chleachdadh gus an cuimseachadh air raon sònraichte.

Compression Pulse (ma tha sin riatanach):

Ma tha thu ag amas air ripples a ghluasad nas luaithe agus nas giorra, faodaidh tu an iomadachadh a luathachadh le bhith a 'cleachdadh inneal sònraichte, a' lughdachadh na h-ùine a mhaireas gach ripple. Tha gineadh lasers attosecond a’ toirt a-steach eadar-chluich iom-fhillte de phròiseasan. Ach, nuair a thèid a bhriseadh sìos agus fhaicinn, bidh e nas so-thuigsinn.