Международный коллектив ученых, в который вошли сотрудники Научно-исследовательского института ядерной физики (НИИЯФ) МГУ, кардинально улучшил разрешение по времени в экспериментах на лазерах на свободных электронах. Новая технология позволит проводить эксперименты нового класса в области физики, химии и биологии. Статья опубликована в журнале Nature Physics.
Рентгеновские лазеры на свободных электронах активно используются уже более десятилетия, совсем недавно на РЛСЭ были достигнуты аттосекундные (10-18 с) импульсы. Одно из наиболее обещающих приложений РЛСЭ — исследования в биологии, позволяющие ученым получать изображения атомных масштабов до того, как радиационные повреждения разрушат образец. В физике и химии эти методы могут пролить свет на самые быстрые процессы, происходящие в природе. Однако на таких сверхмалых временных масштабах чрезвычайно трудно синхронизировать импульс, вызывающий реакцию в образце и импульс, «считывающий» результат. Эта проблема, получившая название «временной джиттер», представляет главную помеху на пути улучшения временного разрешения.
В своей работе международная группа ученых представила метод, позволяющий решить эту проблему, и продемонстрировала его эффективность при измерении фундаментальных процессов распада атомов неона. Один из них, распад Оже — это процесс, при котором рентгеновский импульс вырывает электроны из внутренних оболочек атомов образца, а их место заполняют электроны из внешних оболочек. Высвобождаемая при этом энергия может вызвать повторное испускание электронов, так называемых электронов Оже, которые вносят дополнительный вклад в наносимые РЛСЭ радиационные повреждения.
Чтобы обойти проблему временного джиттера при изучении распада Оже, ученые предложили технику, получившую название self-referenced attosecond streaking (рекурсивная аттосекундная развертка), основаную на регистрации электронов для нескольких тысяч событий распада и извлечении информации о времени, когда событие произошло, из глобальных характеристик совокупности данных.
«Мы надеемся, что метод рекурсивной аттосекундной развертки будет иметь широкое применение при изучении сверхскоростных процессов. Важно, что эта техника позволяет применять метод аттосекундной развертки в экспериментах на РЛСЭ, которые приближаются к аттосекундному барьеру. Метод рекурсивной аттосекундной развертки позволит осуществить новый класс экспериментов, сочетающих высокую интенсивность РЛСЭ с высоким временным разрешением», — рассказал соавтор исследования Николай Кабачник.
В экспериментах на испускаемые атомами неона фото- и Оже- электроны воздействовали импульсным лазерным полем развертки, что позволяло определить энергии электронов в каждом из десятков тысяч событий. Существенно, что в каждом событии Оже-электрон взаимодействует с лазерным полем развертки несколько позже, чем соответствующий фотоэлектрон. Собирая много тысяч наблюдений, исследователи смогли получить детальную карту процесса и отсюда определить характеристическое время задержки между фото- и Оже-электронами с точностью доли фемтосекунды. Измерения показали, что фотоионизация и последующая релаксация должны рассматриваться как единый процесс, а не как независимые ионизация и распад.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
