Два сверхкоротких лазерных импульса, прошедшие через пространство, открыли ранее недоступные электронные состояния.
В точке пересечения двух ультракоротких лазерных импульсов физики теперь могут заставить свет колебаться во всех трех измерениях пространства. Эта необычная геометрия важна, поскольку некоторые электронные квантовые состояния остались недоступными в экспериментах, хотя теория утверждает, что они должны существовать. Формируя и накладывая лазерные импульсы с разных направлений, исследователи из Ольденбургского университета в Германии создали эти трехмерные световые поля и использовали их для достижения ранее недоступных состояний электронов.
Чтобы создать поля, команда сформировала два фемтосекундных лазерных импульса, каждый длительностью всего несколько миллионных долей миллиардной секунды, и направила их в одну и ту же точку с разных направлений. Лучи также несут свет разных цветов. Там, где они пересекаются, их электрические поля объединяются в трехмерную структуру, формой которой исследователи могут управлять.
«Поля движутся во всех трех пространственных направлениях, что открывает новые возможности для исследования и контроля конкретных взаимодействий света и материи», — объясняет Дариус Кёнке, один из двух ведущих авторов исследования и аспирант исследовательской группы «Сверхбыстрая когерентная динамика».
Электроны переходят в ранее недоступные состояния
Атомы калия дали команде возможность проверить, на что на самом деле способны эти поля. Исследователи использовали трехмерный свет, чтобы выборочно переводить электроны в более высокоэнергетические или возбужденные состояния, а затем выбрасывать их из атомов. Некоторые из полученных квантовых состояний ранее существовали только в теоретических описаниях, а не в лабораторных экспериментах.
«С помощью нашего метода мы можем генерировать электронные квантовые состояния, которые ранее описывались только теоретически, а также делать их пространственно видимыми», — объясняет профессор, доктор Маттиас Волленхаупт, возглавляющий исследовательскую группу. «Таким образом, мы расширили инструментарий экспериментальной оптики, включив в него новый класс трехмерных световых полей».
Следя за изменением состояний электронов через близкие промежутки времени, исследователи могут также реконструировать, как развивались эти состояния. Эта техника работает как сверхбыстрая версия стробоскопической фотографии: повторяющиеся снимки фиксируют последовательные стадии процесса, который разворачивается слишком быстро для обычного наблюдения, что позволяет команде собрать своего рода фильм о квантовой эволюции электронов.
Молекулярные зеркальные изображения могут вести себя по-разному
Лево- и правосторонние молекулы могут стать еще одной важной мишенью для этого метода. Эти структуры, известные как хиральные молекулы, имеют зеркальные формы, которые невозможно идеально разместить друг на друге, как пару человеческих рук. Хиральность широко распространена в биологии и медицине: она проявляется в аминокислотах, углеводах и активных ингредиентах лекарств, а две зеркальные формы одной и той же молекулы могут вести себя по-разному.
Например, талидомид, активный ингредиент препарата Контерган, может существовать в двух молекулярно-зеркальных формах. Один вызывает врожденные дефекты во время беременности, а другой безвреден. Однако отличить эти формы может быть чрезвычайно сложно, что создает серьезную проблему для исследователей, пытающихся определить, какая структура присутствует.
Трехмерные световые поля могут предложить новый способ исследования этих молекулярных вариаций, поскольку теория предполагает, что сами световые поля также могут обладать киральными свойствами. «Теоретические исследования показывают, что трехмерные световые поля также могут иметь киральные свойства», — объясняет Волленхаупт.
Ссылка: «Многофотонная ионизация с трехмерным световым полем» Д. Кёнке, Х.-К. Альсведе, Т. Байер и М. Волленхаупт, 13 июля 2026 г., Исследование физической оценки.
DOI: 10.1103/r36b-vw82
Никогда не пропустите прорыв: подпишитесь на информационный бюллетень SciTechDaily.
Следите за нами в Google и Новостях Google.
