Не весь свет одинаков: в зависимости от того, как он приготовлен, он может существовать в самых разных формах. Мы можем не только выбирать разные длины волн или цвета, но, как электромагнитная волна, свет также может проявлять различные формы колебаний. Это может происходить в различных поляризациях, например, с линейной поляризацией или с круговой поляризацией, когда колебания электромагнитных полей следуют по линии или вращаются по кругу, соответственно.
Прежде всего, чрезвычайно короткие импульсы поляризованных световых волн отлично подходят для изучения многих различных типов материалов. У нас есть методы для получения таких импульсов, но эти методы уже выходят за пределы технической осуществимости, и световые импульсы не всегда производятся с желаемыми свойствами.Новый метод теперь позволяет нам характеризовать эти короткие световые импульсы с беспрецедентной точностью.
Проблема начинается с того, что интересующие нас процессы, происходящие внутри материи, которые мы хотели бы изучать с помощью наших световых импульсов, чрезвычайно недолговечны. Соответственно, световые импульсы должны быть такими же короткими, в диапазоне около 100 аттосекунд (миллиардных долей миллиардной секунды).
За этот невообразимо короткий промежуток времени световая волна может совершить всего несколько оборотов. Даже при использовании новейших лазерных методов для получения таких ультракоротких импульсов легко может случиться так, что световая волна не будет выходить, вращаясь в правильном направлении.Концепция нового метода может быть описана следующим образом: один испускает чрезвычайно короткий, высокоэнергетический и циркулярно поляризованный световой импульс на атом или твердое тело, где после поглощения световой импульс выбивает электрон из тела.
Затем этот электрон несет информацию о самой световой волне и, кроме того, может указывать на свойства исследуемого образца. Поскольку световые импульсы имеют круговую поляризацию, выброшенные электроны также улетают с вращательным движением.
«Вы можете сравнить выбрасываемые электроны с одноручным оросителем, который либо продолжает вращаться в нужном вам направлении, либо заикается и даже меняет направление», — говорит Миша Иванов, руководитель теоретического отдела компании Max. Родился институт.
Если дождевателю дать поработать какое-то время, он будет намочить траву по полному кругу — независимо от того, постоянно он вращается или нет. Таким образом, простой взгляд на траву не покажет, вращается ли разбрызгиватель именно так, как хотелось бы, или нет. «Но если дует порывистый ветер, то мы можем различить, регулярно или нерегулярно вращается ороситель», — говорит Иванов.
Если ветер дует попеременно слева или справа каждый раз, когда штанга разбрызгивателя смотрит влево или вправо, то участок влажной травы будет не круглым, а скорее эллиптическим. Полностью нерегулярно вращающийся разбрызгиватель волшебным образом вызовет в воображении эллипс на траве, вытянутой по направлению ветра, в то время как регулярно вращающийся разбрызгиватель будет отображать наклонный эллипс.Этот «ветер» добавлен в эксперимент в виде инфракрасного лазерного импульса, колебания которого идеально синхронизированы с ультракороткими импульсами.
Инфракрасное излучение ускоряет электрон влево или вправо — точно так же, как ветер сдувает капли воды.«Измеряя электроны, мы можем затем определить, обладает ли световой импульс желаемым последовательным вращением или нет», — говорит первый автор публикации в Nature Communications, исследователь Альваро Хименес-Галан из Института Макса Борна. «Наш метод позволяет с беспрецедентной точностью характеризовать свойства ультракоротких световых импульсов», — добавляет Хименес-Галан. И чем точнее охарактеризованы эти световые импульсы, тем более подробную информацию можно получить о месте происхождения электрона в экзотическом материале.Это особенно важно при изучении целого ряда новых материалов.
Сюда могут входить сверхпроводники, которые могут проводить электричество без электрического сопротивления, или топологические материалы с экзотическим поведением, исследования которых получили Нобелевскую премию по физике в 2016 году. Подобные материалы могут быть использованы, например, для создания квантового компьютера или может позволить встраивать сверхбыстрые, энергоэффективные процессоры и микросхемы памяти в обычные компьютеры и смартфоны.
Новый спринклерный метод пока существует только в теории, но должен быть реализован в ближайшем будущем. «Наши требования полностью соответствуют последнему слову техники, поэтому ничто не препятствует их реализации в ближайшее время», — утверждает Иванов.