Chercheurs de SAGA Light Source, l'Université de Toyama, L'Université d'Hiroshima et l'Institut des sciences moléculaires ont démontré une méthode pour contrôler la forme et l'orientation d'un nuage d'électrons dans un atome en réglant l'espacement attoseconde dans une double impulsion de rayonnement synchrotron.

Travailler en équipe de recherche collaborative, Tatsuo Kaneyasu (Source de lumière SAGA/Institut de science moléculaire), Yasumasa Hikosaka (Université de Toyama), Masahiro Katoh (Université d'Hiroshima/Institut des sciences moléculaires) et ses collègues ont inventé un moyen de manipuler la forme d'un nuage d'électrons dans un atome en utilisant la technique de contrôle cohérent avec rayonnement synchrotron. L'oeuvre, qui a été publié dans Lettres d'examen physique , ouvre la voie à la commande ultrarapide de systèmes électroniques utilisant le rayonnement synchrotron.

Contrôler et sonder le mouvement électronique des atomes et des molécules sur leur échelle de temps naturelle de l'attoseconde est l'une des frontières de la physique atomique et de la physique attoseconde. Grâce aux progrès de la technologie laser, un certain nombre d'expériences attosecondes ont été réalisées avec des impulsions laser ultracourtes. En revanche, cette équipe de recherche a présenté une nouvelle voie pour le contrôle cohérent attoseconde des systèmes électroniques utilisant le rayonnement synchrotron. L'utilisation potentielle du rayonnement de l'onduleur comme paquets d'ondes longitudinalement cohérents a été démontrée en réalisant un contrôle de la population dans la photoexcitation des atomes d'hélium [Y. Hikosaka et al., Nature Commun. dix, 4988 (2019)]. Le défi suivant était l'application des propriétés de polarisation du rayonnement synchrotron au contrôle cohérent.

Le dernier article de l'équipe, récemment publié dans Lettres d'examen physique , rapporte une observation réussie du contrôle du nuage d'électrons dans un atome d'hélium. Des paires de paquets d'ondes de rayonnement à polarisation circulaire gauche et droite ont été générées à l'aide de deux onduleurs hélicoïdaux. La durée de chaque paire de paquets d'ondes était de quelques femtosecondes, et un rayonnement ultraviolet extrême a été utilisé pour irradier des atomes d'hélium. Avec cette technique, ils ont réussi à contrôler la forme et l'orientation du nuage d'électrons, formé comme un état de superposition cohérent, en réglant le délai entre les deux paquets d'ondes au niveau attoseconde.

Contrairement à la technologie laser standard, il n'y a aucune restriction technique à l'extension de cette méthode à des longueurs d'onde de plus en plus courtes. Cette nouvelle capacité du rayonnement synchrotron aide non seulement les scientifiques à étudier les phénomènes ultrarapides dans les processus atomiques et moléculaires, mais peut également ouvrir de nouvelles applications dans le développement de matériaux fonctionnels et de dispositifs électroniques à l'avenir.