Så skapade forskare nya elektronvågpaket med 3D-ljus

Forskare vid universitetet i Oldenburg skapade ett tredimensionellt ljusfält genom att kombinera två femtosekundpulser – extremt korta laserpulser – med olika färg och formad polarisation. Pulserna kom från olika riktningar och överlappade i ett område där deras elektriska fält bildade ett mönster som gick att styra i tre dimensioner. Forskarna använde fältet för att jonisera kaliumatomer och rapporterade fria elektronvågpaket med rörelsemängdsmoment, skapade genom multipotonjonisation. 56

Resultatet visar hur ett tredimensionellt format laserfält kan ge tillgång till elektronvågpaket som inte kunde nås med de ljusfält som användes i försöken. Det är ett principbevis i atomer – inte en demonstration av att metoden kan styra molekyler. 56

Två laserpulser formar ett fält i tre dimensioner

Polarisation beskriver riktningen som en ljusvågs elektriska fält svänger i. Genom att forma polarisationen hos två pulser med olika färg och låta dem mötas i en vinkel kunde forskarna skapa ett kombinerat fält som varierade i tre dimensioner, i stället för att vara begränsat till ett plan. 56

Den geometrin gav forskarna ytterligare ett sätt att påverka det ljusfält som samverkade med kaliumatomerna. Atomerna absorberade flera fotoner och joniserades. Då frigjordes elektroner vars vågpaket med rörelsemängdsmoment kunde undersökas. 56

Vad försöket med kalium visade

Huvudresultatet var observationen av fria elektronvågpaket med rörelsemängdsmoment, framställda genom multipotonjonisation med hjälp av 3D-ljusfälten. Försöket visar att ett noggrant format ljusfält kan skapa och undersöka elektrontillstånd som inte var åtkomliga med de ljusfält som användes i studien. 56

Det är viktigt att skilja mellan vad som visades i atomer och vad som kan bli möjligt i molekyler. Kaliumförsöket visade inte att metoden redan kan identifiera eller separera kirala molekyler. I stället pekar resultaten mot möjligheten att få bättre kontroll över hur format ljus påverkar materia. 56

Kan tekniken så småningom skilja spegelvända molekyler åt?

Kirala molekyler förekommer i former som är spegelbilder av varandra. Forskning om strukturerat och lokalt kiralt ljus har undersökt hur ljusets växelverkan med sådana molekyler kan göras känslig för deras spegelvända form, bland annat med tänkbara metoder för att upptäcka eller skilja formerna åt. 1415

Oldenburgförsöket kan på sikt bidra till det bredare forskningsmålet genom att ge forskare fler sätt att forma ljusfält. Men att använda just de tredimensionella fälten på kirala molekyler – och visa att de kan skilja molekylernas spegelbilder åt – är fortfarande en framtidsmöjlighet, inte något som demonstrerades i kaliumförsöket. 561415