Tecnologia Científica

Pesquisadores geram luz de attossegundo a partir de laser industrial
Um attossegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de segundo, e a capacidade de fazer medições com a precisão de um attossegundo permite aos pesquisadores estudar o movimento rápido dos elétrons dentro dos átomos e moléculas
Por University of Central Florida - 23/08/2020


Reprodução

Os pesquisadores da University of Central Florida estão tornando o campo de ponta da ciência attosecond mais acessível a pesquisadores de todas as disciplinas.

Seu método para ajudar a abrir o campo é detalhado em um novo estudo publicado nesta sexta-feira, 21,  na revista Science Advances .

Um attossegundo é um bilionésimo de um bilionésimo de segundo, e a capacidade de fazer medições com a precisão de um attossegundo permite aos pesquisadores estudar o movimento rápido dos elétrons dentro dos átomos e moléculas em sua escala de tempo natural.

Medir esse movimento rápido pode ajudar os pesquisadores a entender os aspectos fundamentais de como a luz interage com a matéria, o que pode informar os esforços para coletar energia solar para geração de energia, detectar armas químicas e biológicas, realizar diagnósticos médicos e muito mais.

"Um dos principais desafios da ciência attosegundo é que ela depende de instalações de laser de classe mundial ", diz Michael Chini, professor assistente no Departamento de Física da UCF e investigador principal do estudo. "Temos sorte de ter um aqui na UCF, e provavelmente há outra dúzia em todo o mundo. Mas, infelizmente, nenhum deles é realmente operado como 'instalações de usuário', onde cientistas de outras áreas podem entrar e usá-los para pesquisa."

Essa falta de acesso cria uma barreira para químicos, biólogos, cientistas de materiais e outros que poderiam se beneficiar da aplicação de técnicas da ciência attossegundo em seus campos, diz Chini.

"Nosso trabalho é um grande passo na direção de tornar os pulsos de attosegundos mais acessíveis", diz Chini.

"Mostramos que os lasers de nível industrial, que podem ser adquiridos comercialmente de dezenas de fornecedores com um preço de cerca de US $ 100.000, agora podem ser usados ​​para gerar pulsos de attossegundos."

Chini diz que a configuração é simples e pode funcionar com uma grande variedade de lasers com parâmetros diferentes.

"A redução da complexidade associada ao uso de um laser comercial de nível industrial poderia tornar a ciência attosecond mais acessível e permitir aplicações interdisciplinares por cientistas com pouca ou nenhuma experiência em laser",

Beetar.

A ciência do Attosegundo funciona como um sonar ou mapeamento a laser 3-D, mas em uma escala muito menor. Quando um pulso de luz de attossegundo passa por um material, a interação com os elétrons no material distorce o pulso. Medir essas distorções permite que os pesquisadores construam imagens dos elétrons e façam filmes de seus movimentos.
 
Normalmente, os cientistas têm usado sistemas complexos de laser, exigindo grandes instalações de laboratório e ambientes de sala limpa, como os lasers de condução para a ciência attosecond.

A produção dos pulsos de luz extremamente curtos necessários para a pesquisa de attossegundos - consistindo essencialmente em apenas um único ciclo de oscilação de uma onda eletromagnética - exigiu ainda mais a propagação do laser através de tubos cheios de gases nobres , como xenônio ou argônio, para comprimir ainda mais os pulsos no tempo .

Mas a equipe de Chini desenvolveu uma maneira de obter esses pulsos de poucos ciclos dos lasers de nível industrial mais comumente disponíveis, que antes podiam produzir pulsos muito mais longos.

Eles comprimem pulsos de aproximadamente 100 ciclos dos lasers de nível industrial usando gases moleculares, como óxido nitroso, nos tubos em vez de gases nobres e variando a duração dos pulsos que eles enviam através do gás.

Em seu artigo, eles demonstram compressão para apenas 1,6 ciclo, e pulsos de ciclo único estão ao alcance da técnica, dizem os pesquisadores.

A escolha do gás e a duração dos pulsos são fundamentais, diz John Beetar, estudante de doutorado no Departamento de Física da UCF e principal autor do estudo.

"Se o tubo for preenchido com um gás molecular, e em particular um gás de moléculas lineares, pode haver um efeito intensificado devido à tendência das moléculas de se alinharem com o campo do laser", diz Beetar.

"No entanto, esse aprimoramento causado pelo alinhamento só está presente se os pulsos forem longos o suficiente para induzir o alinhamento rotacional e experimentar o efeito causado por ele", diz ele. "A escolha do gás é importante, pois o tempo de alinhamento rotacional depende da inércia da molécula e, para maximizar o aumento, queremos que ele coincida com a duração de nossos pulsos de laser."

"A redução da complexidade associada ao uso de um laser comercial de nível industrial poderia tornar a ciência attosecond mais acessível e permitir aplicações interdisciplinares por cientistas com pouca ou nenhuma experiência em laser", disse Beetar.

 

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