Исследователи из Института фотонных наук (ICФО, Испания) сообщили о новом мировом рекорде: им удалось сгенерировать самый короткий и интенсивный импульс мягкого рентгеновского излучения длительностью всего 19,2 аттосекунды (1 аттосекунда равна 10⁻¹⁸ секунды). Этот импульс короче, чем условная «атомная единица времени» — период, за который электрон совершает полный оборот вокруг ядра в атоме водорода. Сверхкороткие импульсы такого рода позволяют наблюдать за движением электронов в реальном времени, что ранее было недостижимо.
Источник изображения: ICFO
Полный оборот электрона вокруг ядра в атоме водорода занимает примерно 24 аттосекунды. Новое временное разрешение позволяет «захватить» его движение до завершения цикла, а также отслеживать перемещение электронов в атомах и молекулах в ходе разнообразных химических реакций и физических процессов. Разумеется, непосредственно увидеть электроны невозможно. Все получаемые данные представляют собой усреднённые величины и статистические распределения. Однако даже такая информация даёт ценное представление о поведении электронов в различных материалах и условиях, ведь один реальный эксперимент часто ценнее множества компьютерных симуляций.
Рекордный импульс был создан с использованием метода генерации высших оптических гармоник. Ключевыми факторами успеха стали прогресс в лазерных технологиях, развитие аттосекундной метрологии и внедрение нового метода восстановления формы импульса. Это позволило преодолеть прежние ограничения и достичь рекордных показателей. Сверхкороткий импульс действует подобно «самой быстрой в мире камере», давая возможность «остановить мгновение» и исследовать процессы — от перераспределения электронных облаков вокруг атомов до взаимодействия электронов с кристаллической решёткой.
Данное достижение открывает новые перспективы для прорывов в физике, химии, биологии и квантовых технологиях, включая усовершенствование солнечных элементов, катализаторов и новых материалов. Напомним, что в 2023 году Нобелевская премия по физике была присуждена за открытия в области аттосекундных импульсов. С тех пор учёные значительно продвинулись в этом направлении и теперь готовы заглянуть не только внутрь атомов, но и непосредственно в динамичный мир электронов в их естественной среде.
