Взаимодействие между светом и веществом имеет ключевое значение в природе, наиболее ярким примером которого является фотосинтез. Взаимодействие легкой материи также широко используется в технологиях и по-прежнему будет иметь важное значение в электронике будущего. Технология, которая могла бы передавать и сохранять данные, закодированные на световых волнах, будет в 100000 раз быстрее, чем существующие системы. Взаимодействие света и вещества, которое могло бы проложить путь к такой управляемой светом электронике, было исследовано учеными из Лаборатории аттосекундной физики (LAP) Университета Людвига-Максимилиана (LMU) и Института квантовой оптики Макса Планка (MPQ). ) в сотрудничестве с коллегами с кафедры лазерной физики Университета Фридриха Александра в Эрлангене-Нюрнберге.
Исследователи направили интенсивные лазерные импульсы на крошечную нанопроволоку из золота. Ультракороткие лазерные импульсы возбуждали колебания свободно движущихся электронов в металле.
Это привело к возникновению электромагнитных «ближних полей» на поверхности провода. Ближние поля колебались со сдвигом на несколько сотен аттосекунд относительно возбуждающего лазерного поля (одна аттосекунда составляет миллиардную долю миллиардной секунды). Этот сдвиг был измерен с помощью аттосекундных световых импульсов, которые впоследствии ученые отправили на нанопроволоку.
Когда свет освещает металлы, это может привести к любопытным вещам в микромире на поверхности. Электромагнитное поле света возбуждает колебания электронов в металле.
Это взаимодействие вызывает образование «ближних полей» — электромагнитных полей, локализованных близко к поверхности металла.В настоящее время международная группа физиков из Лаборатории аттосекундной физики Университета Людвига-Максимилиана и Института квантовой оптики им. Макса Планка в тесном сотрудничестве с учеными кафедры исследует поведение ближних полей под действием света.
Лазерная физика в Университете Фридриха Александра в Эрлангене-Нюрнберге.Исследователи направили мощные инфракрасные лазерные импульсы на золотую нанопроволоку.
Эти лазерные импульсы настолько короткие, что состоят всего из нескольких колебаний светового поля. Когда свет освещал нанопроволоку, он возбуждал коллективные колебания проводящих электронов, окружающих атомы золота.
Благодаря этим движениям электронов на поверхности провода создавались ближние поля.Физики хотели изучить синхронизацию ближних полей по отношению к световым полям. Для этого они послали второй световой импульс с чрезвычайно короткой продолжительностью всего несколько сотен аттосекунд на наноструктуру вскоре после первого светового импульса.
Вторая вспышка высвободила отдельные электроны из нанопроволоки. Когда эти электроны достигли поверхности, они были ускорены ближним полем и обнаружены. Анализ электронов показал, что ближние поля колеблются со сдвигом во времени примерно на 250 аттосекунд по отношению к падающему свету, и что они являются ведущими по своим колебаниям. Другими словами: колебания ближнего поля достигли максимальной амплитуды на 250 аттосекунд раньше, чем колебания светового поля.
«Поля и поверхностные волны в наноструктурах имеют центральное значение для развития световой электроники. С помощью продемонстрированной техники они теперь могут быть четко решены», — пояснил профессор Маттиас Клинг, руководитель группы, проводящей эксперименты в Мюнхене.Эксперименты открывают путь к более сложным исследованиям взаимодействия света и вещества в металлах, которые представляют интерес для нанооптики и световой электроники будущего. Такая электроника могла бы работать на частотах света.
Свет колеблется миллион миллиардов раз в секунду, то есть с петагерцевыми частотами — примерно в 100000 раз быстрее, чем электроника, доступная в настоящее время. Может быть достигнут предел обработки данных.