Í stórfelldri tilkynningu að kvöldi 3. október 2023 voru Nóbelsverðlaunin í eðlisfræði fyrir árið 2023 afhjúpuð og viðurkenndi framúrskarandi framlag þriggja vísindamanna sem hafa leikið lykilhlutverk sem brautryðjendur á sviði attósekúndu leysitækni.

Hugtakið „Attosecond Laser“ öðlast nafn sitt af ótrúlega stuttum tíma sem það starfar á, sérstaklega í röð attoseconds, sem samsvarar 10^-18 sekúndum. Til að átta sig á djúpri þýðingu þessarar tækni er grundvallarskilningur á því sem attosecond táknar lykilatriði. Attosecond stendur sem afar mínútu tímaeining og er einn milljarður af milljarði af sekúndu í víðara samhengi einnar sekúndu. Til að setja þetta í sjónarhorn, ef við myndum líkja við sekúndu við turnandi fjall, væri attosecond svipað einu sandi korni sem var staðsett við stöð fjallsins. Í þessu hverful tímabundna millibili getur jafnvel ljós varla farið um fjarlægð sem jafngildir stærð einstakra atóms. Með því að nýta attósekúndu leysir öðlast vísindamenn fordæmalausa getu til að skoða og vinna með flókna gangverki rafeinda innan kjarnorkubygginga, í ætt við ramma-fyrir-ramma hægfara endurspilun í kvikmyndatöku og þar með kafa í samspili þeirra.

Attosecond leysirFulltrúi hámarks umfangsmikilla rannsókna og samstilltra viðleitni vísindamanna, sem hafa beitt meginreglum ólínulegra ljóseðlisfræði til að búa til ultrafast leysir. Aðventa þeirra hefur veitt okkur nýstárlegan sjónarhorn til að skoða og kanna kraftmikla ferla sem birtast innan frumeinda, sameinda og jafnvel rafeinda í traustum efnum.

Til að skýra eðli attosecond leysir og meta óhefðbundna eiginleika þeirra í samanburði við hefðbundna leysir, er brýnt að kanna flokkun þeirra innan breiðari „leysir fjölskyldunnar.“ Flokkun eftir bylgjulengd setur Attosecond leysir aðallega innan sviðs útfjólubláa til mjúkra röntgengeislunar tíðni, sem gefur til kynna einkum styttri bylgjulengdir þeirra í mótsögn við hefðbundna leysir. Hvað varðar framleiðslustillingar, falla attósekúndur leysir undir flokkinn pulsed leysir, sem einkennist af mjög stuttum púlslengd. Til að teikna hliðstæðan til glöggvunar er hægt að sjá fyrir sér stöðugar bylgju leysir sem svipur til vasaljóss sem gefur frá sér stöðugan ljósgeisla, á meðan pulsed leysir líkjast strobe ljós, hratt til skiptis milli tímabils lýsingar og myrkurs. Í meginatriðum sýna attósekúndur leysir pulsating hegðun innan lýsingar og myrkurs, en samt birtast umskipti þeirra milli ríkjanna tveggja á undraverðri tíðni og ná ríki attósekúndna.

Frekari flokkun með rafstöðum setur leysir í lágmark, miðlungs kraft og hágæða sviga. Attosecond leysir ná háum hámarksafli vegna afar stuttra púlslengdar þeirra, sem leiðir til áberandi hámarksafls (P) - skilgreindur sem styrkleiki orku á einingartíma (p = w/t). Þrátt fyrir að einstök attósekúndu leysir púls megi ekki hafa óvenju mikla orku (W), þá gefur stytt tímabundið tímabundið (T) þá með hækkuðum hámarksafli.

Hvað varðar umsóknarlén spannar leysir litróf sem nær yfir iðnaðar-, læknis- og vísindalegt forrit. Attósekúndur leysir finna fyrst og fremst sess sinn innan vísindarannsókna, sérstaklega við könnun á ört þróandi fyrirbærum innan sviða eðlisfræði og efnafræði, sem býður glugga inn í snöggar kraftmikla ferla í örkosmíska heiminum.

Flokkun með leysir miðli afmarkar leysir sem gas leysir, leysir í föstu ástandi, fljótandi leysir og hálfleiðara leysir. Kynslóð attósekúndu leysir lendir venjulega á gas leysirmiðlum og nýtir sér ólínuleg sjónáhrif til að vekja háu röð samhljóða.

Í stuttu máli eru attósekúndur leysir einstök flokk af stuttum púls leysum, aðgreind með óvenju stuttum púlsalengd þeirra, venjulega mæld í attoseconds. Fyrir vikið eru þau orðin ómissandi tæki til að fylgjast með og stjórna öfgafullum kraftmiklum ferlum rafeinda innan frumeinda, sameinda og fastra efna.

Vandaða ferli Attosecond leysir kynslóð

Attosecond laser tækni stendur í fremstu röð vísindalegrar nýsköpunar og státar af forvitnilegum ströngum skilyrðum fyrir kynslóð sína. Til að skýra flækjurnar í Attosecond leysir kynslóð, byrjum við á hnitmiðuðum útlistun á undirliggjandi meginreglum þess, fylgt eftir með skærum myndlíkingum sem fengnar eru af hversdagslegri reynslu. Lesendur sem eru óeðlilegir í flækjum viðkomandi eðlisfræði þurfa ekki að örvænta, þar sem myndlíkingin sem fylgir í kjölfarið miða að því að gera grundvallar eðlisfræði Attosecond leysir aðgengilegar.

Kynslóðarferli Attosecond leysir treystir fyrst og fremst á tækni sem kallast mikil harmonísk kynslóð (HHG). Í fyrsta lagi er geisla með hástyrk femtosecond (10^-15 sekúndur) leysir púlsar þétt að lofttegundarefni. Þess má geta að femtosecond leysir, í ætt við attósekúndu leysir, deila einkennum þess að eiga stuttan púlslengd og háan hámarksafl. Undir áhrifum ákafs leysireitar eru rafeindir innan gasatómanna augnablik frelsaðar frá atómkjarna þeirra og fara tímabundið inn í ástand frjálsra rafeinda. Þegar þessar rafeindir sveiflast til að bregðast við leysireitinum, snúa þær að lokum aftur til og endurraða með foreldris kjarnorku sinni og skapa ný orkuástand.

Meðan á þessu ferli stendur hreyfast rafeindir með mjög miklum hraða og við endurröðun með atómkjarnanum losa þær viðbótarorku í formi mikillar losunar losunar, sem birtast sem háorku ljóseindir.

Tíðni þessara nýmyndaðra háorku ljóseinda eru heiltala margfeldi af upprunalegu leysigíðni og mynda það sem kallað er háu röð samhljóða, þar sem „harmonics“ táknar tíðni sem eru órjúfanleg margfeldi upprunalegu tíðninnar. Til að ná attósekúndu leysir verður það nauðsynlegt að sía og einbeita þessum háu röð samhljóða, velja sérstaka samhljóða og einbeita þeim í þungamiðju. Ef þess er óskað, geta púlsþjöppunartækni stytt enn frekar púlslengdina og skilað öfgafullum stuttum púlsum á Attosecond sviðinu. Augljóslega er myndun Attosecond leysir háþróað og margþætt ferli og krefst mikillar tæknilegrar hreysti og sérhæfðs búnaðar.

Til að afmýpa þetta flókna ferli bjóðum við upp á myndhverf samhliða byggð á daglegum atburðarásum:

Mikil styrkleiki femtosecond leysir púls:

En fyrirvara um að hafa einstaklega öflugan katapult sem er fær um að henda steinum samstundis á hraða hraða, í ætt við hlutverkið með háum styrkleika femtosecond leysir púls.

Lofttegundarefni:

Ímyndaðu þér friðsælan vatnsbyggð sem táknar loftkennda markefnið, þar sem hver dropi af vatni táknar mýgrútur gasatóm. Sú verkun steina í þennan líkama vatns endurspeglar áhrif á áhrif hástyrks femtosecond leysir púls á loftkennda markefnið.

Rafeindahreyfing og endurröðun (líkamlega kallað umskipti):

Þegar femtosecond leysir púls hafa áhrif á gasatómin í loftkenndu markefninu, er verulegur fjöldi ytri rafeinda augnablik spenntur fyrir ríki þar sem þeir losna við viðkomandi atómkjarna og mynda plasma-eins ástand. Þar sem orka kerfisins minnkar í kjölfarið (þar sem leysirpúlsarnir eru í eðli sínu pulsaðir, með millibili stöðvunar), snúa þessar ytri rafeindir aftur í nágrenni þeirra á kjarnorkukjarni og losa háorku ljóseindir.

Mikil harmonísk kynslóð:

Ímyndaðu þér í hvert skipti sem vatnsdropi fellur aftur að yfirborði vatnsins, það skapar gára, líkt og mikil samhljóða í attosecond leysir. Þessar gára hafa hærri tíðni og amplitude en upprunalegu gára sem stafar af aðal femtosecond leysipúls. Meðan á HHG ferlinu stendur lýsir öflugur leysigeisli, í ætt við stöðugt að kasta steinum, gasmarkmið, sem líkist yfirborð vatnsins. Þetta ákaflega leysireit knýr rafeindir í gasinu, hliðstætt gára, fjarri foreldraatómum þeirra og dregur þær síðan aftur. Í hvert skipti sem rafeind snýr aftur að atóminu gefur það frá sér nýjan leysigeisla með hærri tíðni, svipað og flóknari gára.

Sía og einbeita sér:

Með því að sameina alla þessa nýsköpun leysigeisla skilar litróf af ýmsum litum (tíðni eða bylgjulengdum), sem sumir eru með attósekúndu leysinum. Til að einangra sérstakar gára stærðir og tíðni geturðu notað sérhæfða síu, svipað og valið viðar gára og notað stækkunargler til að einbeita þeim á ákveðið svæði.

Púlsþjöppun (ef þörf krefur):

Ef þú stefnir að því að breiða út gára hraðar og styttri geturðu flýtt fyrir útbreiðslu þeirra með því að nota sérhæft tæki og draga úr þeim tíma sem hver gára varir. Kynslóð attósekúndu leysir felur í sér flókið samspil ferla. Hins vegar, þegar það er brotið niður og sjón, verður það skiljanlegra.