Физици създадоха първата плазмена леща, която може да фокусира най-кратките светлинни импулси, познати на науката
Учени от Института „ Макс Борн “ (MBI) в Берлин и центъра DESY в Хамбург сътвориха първата в света плазмена леща, способна да концентрира атосекундни импулси – най-кратките светлинни прояви, познати на науката. Това изобретение може да промени самата основа на проучванията в региона на свръхбързата физика.
Атосекундата е една милиардна част от милиардната част от секундата (10-¹⁸ от секундата). Подобни къси импулси могат безусловно да замразят придвижването на електроните в атомите и материалите, трансформирайки невидимите процеси в наблюдаеми фрагменти. Физиците ги употребяват, с цел да изследват по какъв начин електроните напущат атомите, образуват връзки и провокират химични реакции.
Основният проблем беше, че този вид импулси се намират в рисковия ултравиолетов и рентгенов диапазон, където елементарните огледала и лещи не работят. Отразяващите повърхности бързо губят свойствата си, а стъклените лещи гълтам светлината и разтягат импулсите, което унищожава точността им.
За да преодолеят това ограничаване, откривателите се обръщат към плазмата – йонизиран газ, който може да пречупва светлината по напълно друг метод от твърдите материали. Те подават мощни електрически импулси през водород, затворен в тясна капилярна тръба. Енергийният поток изтласква електроните от атомите и те, отблъсквайки се, образуват плътна обвивка с формата на вдлъбната леща.
На пръв взор тази конструкция би трябвало да разсейва светлината, само че физиката на плазмата работи по други закони. Резултатът е система, която не разпръсква, а вместо това концентрира атосекундни импулси – без загуба на мощ и скорост.
Експериментите демонстрират, че новата леща може да събира лъчите във фокус в необятен диапазон от рискови ултравиолетови дължини на вълните. А дистанцията до фокуса може да се контролира посредством смяна на плътността на плазмата. Пропускането на светлината надвишава 80%, което се смята за извънреден резултат при сходни опити.
Има и спомагателен бонус: плазмата по натурален метод блокира по-дългите инфрачервени талази, които нормално се употребяват за генериране на аттосекундни импулси. По-рано за това бяха нужни железни филтри, само че те явно гълтаха забележителна част от силата.
За да разбере по какъв начин новата леща въздейства върху формата на импулсите, екипът организира симулации. Без деформиране проблясъците се разтягали напълно леко – от 90 до 96 атсосекунди. А в действителни условия, при които цветовете на импулсите доближават до фокуса с микроскопична разлика във времето (т.нар. чирп), плазмената леща даже съкратила продължителността на импулсите – от 189 на 165 атсекунди.
С елементарното си нареждане, високата продуктивност и регулируемия фокус новата технология открива нова епоха в атосекундната просвета. Тя ще разреши по-точно да се следи придвижването на електроните в комплицирани материали, да се разработят свръхбързи квантови технологии и да се основат микроскопи, способни да улавят процеси на фундаментално равнище – където времето се мери в милиардни елементи от секундата.
