Tredimensjonale laserfelt åpner for nye elektronbølgepakker

Forskere ved Universitetet i Oldenburg laget tredimensjonale lysfelt ved å føre sammen to femtosekundpulser med ulike farger og formet polarisasjon. Pulsene kom fra forskjellige retninger, og der de overlappet, dannet de et elektrisk felt som kunne styres i tre dimensjoner. Forskerne brukte feltet til å ionisere kaliumatomer og rapporterte bølgepakker av frie elektroner med dreieimpuls, skapt gjennom multiphoton-ionisering av atomene. 56

Resultatet viser hvordan et tredimensjonalt formet laserfelt kan gi tilgang til elektronbølgepakker som ikke var tilgjengelige med lysfeltene som ble brukt i disse forsøkene. Dette er et prinsippforsøk med atomer – ikke en demonstrasjon av kontroll over molekyler. 56

Slik laget forskerne et tredimensjonalt lysfelt

Polarisasjonen til en laserpuls beskriver retningen det elektriske feltet svinger i. Forskerne formet polarisasjonen i to pulser med ulike farger og lot dem møtes på skrå. Dermed varierte det sammensatte feltet i tre dimensjoner, i stedet for å være begrenset til ett plan. 56

Denne geometrien ga forskerne en ny måte å styre feltet som påvirket kaliumatomene på. Atomene tok opp flere fotoner og ble ionisert, slik at frie elektroner ble frigjort. Forskerne kunne observere bølgepakker av disse elektronene med dreieimpuls. 56

Hva viste kaliumforsøket?

Hovedresultatet var observasjonen av bølgepakker av frie elektroner med dreieimpuls, dannet ved multiphoton-ionisering av atomer med de tredimensjonale lysfeltene. Forsøket viser at nøye formet lys kan skape og undersøke elektrontilstander som ikke var tilgjengelige med lysfeltene forskerne brukte tidligere i denne typen eksperimenter. 56

Det er viktig å skille mellom det atomforsøket faktisk viste, og mulige framtidige bruksområder. Forskerne demonstrerte ikke at metoden allerede kan identifisere eller skille kirale molekyler. Studien peker i stedet mot nye muligheter for å styre hvordan formet lys påvirker materie. 56

Kan metoden etter hvert skille speilbildeformer av molekyler?

Kirale molekyler finnes i former som er speilbilder av hverandre, omtrent som en høyre- og en venstrehånd. Forskning på strukturerte og lokalt kirale lysfelt har undersøkt hvordan vekselvirkningen med slike molekyler kan avhenge av hvilken «håndethet» de har. Blant annet er metoder for å skille eller påvise ulike former blitt foreslått. 1415

Oldenburg-forsøket kan på sikt bidra til dette bredere arbeidet ved å gi forskere bedre kontroll over lysfelt. Men bruk av de tredimensjonale feltene på kirale molekyler – og en demonstrasjon av at de kan skille molekylenes speilbildeformer – gjenstår. Det var ikke noe kaliumforsøket viste. 561415