Les chercheurs de l'Université de Floride centrale rendent le domaine de pointe de la science attoseconde plus accessible aux chercheurs de toutes les disciplines.

Leur méthode pour aider à ouvrir le champ est détaillée dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans la revue Avancées scientifiques .

Une attoseconde est un milliardième de milliardième de seconde, et la capacité d'effectuer des mesures avec une précision de l'attoseconde permet aux chercheurs d'étudier le mouvement rapide des électrons à l'intérieur des atomes et des molécules à leur échelle de temps naturelle.

La mesure de ce mouvement rapide peut aider les chercheurs à comprendre les aspects fondamentaux de la façon dont la lumière interagit avec la matière, qui peut éclairer les efforts pour récolter l'énergie solaire pour la production d'électricité, détecter les armes chimiques et biologiques, effectuer des diagnostics médicaux et plus encore.

"L'un des principaux défis de la science attoseconde est qu'elle s'appuie sur des installations laser de classe mondiale, " dit Michael Chini, professeur adjoint au département de physique de l'UCF et chercheur principal de l'étude. "Nous avons la chance d'en avoir un ici à l'UCF, et il y en a probablement une autre douzaine dans le monde. Mais malheureusement, aucun d'entre eux n'est véritablement exploité en tant qu'« installations d'utilisateurs », « où des scientifiques d'autres domaines peuvent venir et les utiliser pour la recherche. »

Ce manque d'accès crée une barrière pour les pharmaciens, biologistes, les scientifiques des matériaux et d'autres qui pourraient bénéficier de l'application des techniques scientifiques attosecondes à leurs domaines, dit Chini.

"Notre travail est un grand pas dans le sens de rendre les impulsions attosecondes plus largement accessibles, " dit Chini.

« Nous montrons que les lasers de qualité industrielle, qui peuvent être achetés dans le commerce auprès de dizaines de fournisseurs avec un prix d'environ 100 $, 000, peut maintenant être utilisé pour générer des impulsions attosecondes."

Chini dit que la configuration est simple et peut fonctionner avec une grande variété de lasers avec différents paramètres.

La science attoseconde fonctionne un peu comme le sonar ou la cartographie laser 3D, mais à une échelle beaucoup plus petite. Lorsqu'une impulsion lumineuse attoseconde traverse un matériau, l'interaction avec les électrons dans le matériau déforme l'impulsion. La mesure de ces distorsions permet aux chercheurs de construire des images des électrons et de filmer leur mouvement.

Typiquement, les scientifiques ont utilisé des systèmes laser complexes, nécessitant de grandes installations de laboratoire et des environnements de salle blanche, comme les lasers de conduite pour la science attoseconde.

Produire les impulsions lumineuses extrêmement courtes nécessaires à la recherche attoseconde - consistant essentiellement en un seul cycle d'oscillation d'une onde électromagnétique - a en outre nécessité de propager le laser à travers des tubes remplis de gaz rares, comme le xénon ou l'argon, pour compresser davantage les impulsions dans le temps.

Mais l'équipe de Chini a développé un moyen d'obtenir des impulsions aussi peu cycliques à partir de lasers de qualité industrielle plus couramment disponibles, qui auparavant ne pouvaient produire que des impulsions beaucoup plus longues.

Ils compressent les impulsions d'environ 100 cycles des lasers de qualité industrielle en utilisant des gaz moléculaires, comme le protoxyde d'azote, dans les tubes au lieu de gaz rares et en variant la durée des impulsions qu'ils envoient à travers le gaz.

Dans leur papier, ils démontrent une compression à seulement 1,6 cycle, et les impulsions monocycles sont à la portée de la technique, disent les chercheurs.

Le choix du gaz et la durée des impulsions sont déterminants, dit John Beetar, doctorant au département de physique de l'UCF et auteur principal de l'étude.

"Si le tube est rempli d'un gaz moléculaire, et en particulier un gaz de molécules linéaires, il peut y avoir un effet accru en raison de la tendance des molécules à s'aligner avec le champ laser, " dit Beetar.

"Toutefois, cette amélioration causée par l'alignement n'est présente que si les impulsions sont suffisamment longues pour à la fois induire l'alignement en rotation et ressentir l'effet qu'il provoque, " dit-il. " Le choix du gaz est important puisque le temps d'alignement en rotation est dépendant de l'inertie de la molécule, et pour maximiser l'amélioration, nous voulons que cela coïncide avec la durée de nos impulsions laser."

« La réduction de la complexité associée à l'utilisation d'une publicité, le laser de qualité industrielle pourrait rendre la science attoseconde plus accessible et pourrait permettre des applications interdisciplinaires par des scientifiques ayant peu ou pas d'expérience en laser, " dit Beetar.