Ein Forschungsteam der University of Central Florida hat den bislang kürzesten Lichtimpuls erzeugt – einen 53 Attosekunden kurzen Röntgenblitz. Die von Professor Zenghu Chang geleitete Gruppe brach ihren eigenen Rekord, den sie im Jahr 2012 mit einem 67 Attosekunden kurzen Ultraviolettlichtpuls aufstellte, der zu dem Zeitpunkt der kürzeste war.
Eine Attosekunde entspricht einer Trillionstel Sekunde und vergeht unvorstellbar schnell. In 53 Attosekunden reist das Licht weniger als ein Tausendstel vom Durchmesser eines menschlichen Haares. Auf die gleiche Art und Weise, wie Hochgeschwindigkeitskameras Zeitlupenvideos von fliegenden Projektilen aufzeichnen können, erlauben Attosekunden-Lichtimpulse die Erstellung von Bildern sich schnell bewegender Elektronen in Atomen und Molekülen mit beispielloser Schärfe.
Wie im Journal Nature Communications berichtet wird, sind die von Chang demonstrierten Lichtpulse nicht nur kürzer in ihrer Dauer, sondern auch in ihrer Wellenlänge. Das neue Licht erreicht einen wichtigen Spektralbereich, das sogenannte “Wasserfenster”, wo Kohlenstoffatome stark absorbieren, aber Wasser nicht.
“Solche Röntgenblitze im Attosekundenbereich könnten für die Erstellung von Zeitlupenvideos von Elektronen und Atomen in biologischen Molekülen in lebenden Zellen verwendet werden, um beispielsweise die Effizienz von Solarzellen zu erhöhen, indem man besser versteht, wie die Photosynthese funktioniert”, sagte Chang, ein Trustee Chair Professor am CREOL, The College of Optics & Photonics an der University of Central Florida. Chang ist der Direktor des Institute for the Frontiers of Attosecond Science and Technology (iFAST) am Physics Department, wo die Experimente durchgeführt wurden.
Röntgenstrahlen interagieren mit den eng gebundenen Elektronen in der Materie und könnten offenbaren, welche Elektronen sich in welchen Atomen bewegen. Das könnte eine andere Möglichkeit zur Untersuchung schneller Prozesse in Materialien mit spezifischen Elementen bieten. Diese Fähigkeit ist unschätzbar für die Entwicklung von Logik- und Speicherchips der nächsten Generation für Mobiltelefone und Computer, die tausendmal schneller sind als jene, die heute in Gebrauch sind.
Die Erzeugung von Attosekunden-Röntgenblitzen erfordert einen neuen Typ von hochenergetischem Antrieb: Femtosekunden-Laser mit einer langen Wellenlänge. Das ist ein Ansatz, bei dem Chang und sein Team Pionierarbeit geleistet haben. Zu Changs Team gehören Jie Li, Xiaoming Ren, Yanchun Yin, Andrew Chew, Yan Cheng, Eric Cunningham, Yang Wang, Shuyuan Hu und Yi Wu (alle von iFAST), Kun Zhao von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sowie Michael Chini vom Department of Physics an der University of Central Florida.
Die Forschungsarbeit wurde mit Fördermitteln des DARPA PULSE Program, des Army Research Office und des Air Force Office of Scientific Research unterstützt und greift auf Arbeiten zurück, die von der National Science Foundation unterstützt werden.
Abhandlung: “53-attosecond X-ray pulses reach the carbon K-edge von Chang et al. in Nature Communications
(THK)
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