Attosekundový katapult elektronů  
Nanokuličky skla po zásahu silným laserovým pulzem vyzařují směrované emise elektronů. Možnosti využití takových katapultů jsou až nečekané.

 

Attosekundový katapult elektronů. Kredit: Martin Dulovits / woogieworks.
Attosekundový katapult elektronů. Kredit: Martin Dulovits / woogieworks.

Vědci si rádi hrají s věcmi, které pro ostatní znějí bláznivě. Jenže zdání klame a z jejich her se vynořují pozoruhodně užitečné aplikace. Takový by mohl být i osud výzkumu týmu fyziků a chemiků v Laboratoři attosekundové fyziky, která je společným pracovištěm Ludwig-Maximilians-Universität a Max Planckova institutu kvantové optiky. Pod vedením Matthiase Klinga si tam hrají se silnými lasery a skleněnými nanokuličkami a nedávno o tom sepsali článek do Nature Communications.

Matthias Kling. Kredit: Thorsten Naeser / Ludwig-Maximilians-Universität.
Matthias Kling. Kredit: Thorsten Naeser / Ludwig-Maximilians-Universität.

Vztah mezi silnými laserovými pulzy a nepatrnými skleněnými kuličkami je velmi speciální. A rozhodně ne samoúčelný. Mohl by se uplatnit ve vývoji nových diagnostických metod v medicíně i leckde jinde. Skleněné nanokuličky jsou sice doopravdy maličké, přesto ale obsahují mnoho milionů atomů. Podle toho, kolik milionů atomů v sobě mají, se skleněné nanokuličky liší v reakci na laserové pulzy, která se odehraje v řádu attosekund (čili 10 na mínus 18 sekundy). Po zásahu nanokuličky laserem vznikají blízká pole (near-fields, elektromagnetická pole v blízkosti povrchu nanokuličky), která vyvolají směrovanou emisi elektronů. A to je attosekundový katapult elektronů v akci.

Laboratoř attosekundové fyziky. Kredit: thn / Ludwig-Maximilians-Universität.
Laboratoř attosekundové fyziky. Kredit: thn / Ludwig-Maximilians-Universität.

Ukazuje se, že silné laserové pulzy mají na skleněné nanokuličky úžasný účinek. Sotva nanokulička ucítí pošimrání vlnou elektromagnetického záření laserové pulzu, tak její elektrony okamžitě začnou kmitat. Tím se vytvoří blízká pole u povrchu nanokuličky. Nejsou nijak závratně veliká – jejich rozměry jsou v nanometrech a specifickým způsobem kmitají, podle vlnové délky záření laserového pulzu.

Fyzici Laboratoře attosekundové fyziky testovali chování skleněných nanokuliček o rozměrech 50 až 550 nanometrů, které jim připravili chemici. Používali přitom silné laserové pulzy o délce přibližně 4 femtosekund (čili 10 na mínus 15 sekundy) záření na vlnové délce 720 nanometrů. Čím větší byly skleněné nanokuličky, tím silnější byl elektronový katapult, který po zásahu laserovým pulzem odpaloval elektrony.

Ludwig-Maximilians-Universität.
Ludwig-Maximilians-Universität.

Badatelé pozorovali fungování katapultu elektronů detektory částic, s nimiž sledovali dráhy elektronů odpálených katapultem po zásahu nanokuliček laserem. Energie a dráha elektronu těsně souvisí se strukturou blízkých polí kolem nanokuliček. Podle nadšeného spoluautora studie Thomase Fennela z Rostocké univerzity je odpálení elektronu katapultem jako ping pong na povrchu nanokuliček, který lze ovládat v rozmezí attosekund. Elektrony nejprve opustí nanokuličku, jsou přitaženy zpět, pak se odrazí od povrchu nanokuličky a dostanou pořádný kopanec od blízkého pole, který je katapultuje pryč.

Pokud vědci na attosekundových katapultech elektronů v medicíně zapracují, mohla by se tato technologie stát základem celé řady postupů pokročilého zobrazování v medicíně či ozařování nádorů. Mohla by ale také pomoct třeba při opracovávání nanomateriálů anebo při vývoji technologií pro budoucí elektroniku.


Literatura
Max Planck Society 12. 8. 2015, Nature Communications 6: 7944, Wikipedia (Near and far field).

 

Datum: 15.08.2015
Tisk článku

Související články:

Podivnosti kvantového světa     Autor: Vladimír Wagner (21.06.2010)
Jak rentgenový laser odpálí buckyball?     Autor: Stanislav Mihulka (30.06.2014)
Jak zachytit zběsilé elektrony v křemíku?     Autor: Stanislav Mihulka (14.12.2014)
Pozorování vzniku chemické vazby v přímém přenosu     Autor: Stanislav Mihulka (14.02.2015)



Diskuze:

při 10**18 W/cm2 i při ps pulsech

Josef Hrncirik,2015-09-10 19:23:56

unikají jako vysokoenergetické částice elektrony, protony, heliony, neutrony, fotony rentgenové i gama a probíhají i fůzní jaderné reakce.
Prostě skoro vše.

Odpovědět

pochopitelně tomu vůbec nerozumím

Josef Hrncirik,2015-08-17 12:53:10

a popis možností měření odezev během attosec tj. po cca 5° fáze pulzu je v placených odkazech. Z doby 4 vln 790 nm a výkonové hustoty 3,5*10**13 W/cm2 a počtu cca 400 změřených fotoelektronů z kuličky průměru 400 nm plyne, že na uvolnění a proměření 1 fotoelektronu průměrné konečné energie cca 60 eV bylo zapotřebí prohnat kuličkou 4,65 milionů fotonů energie cca 1,96 eV.
Z kontextu pro mě plynulo, že při silné fokusaci silného paprsku dochází k ionizaci prostředí (i plynného) silným polem (pokud nejde o vakum) a paprsek se tlumí či rozptyluje a prostředí dosti ničí.

Odpovědět


při 3,5*10**13 W/cm2 je v paprsku gradient el. pole

Josef Hrncirik,2015-08-17 19:47:14

cca 1,7 V/Å což odpovídá pevnosti (energii k roztažení vazby přes celou její délku)

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce







Zásady ochrany osobních údajů webu osel.cz