يُظهر العلماء رسم خرائط مباشر بالليزر لديناميكيات الإلكترون الآتوثانية

ديسمبر 11, 2020

 


في الآونة الأخيرة ، لاحظت مجموعة بحثية من معهد شنغهاي للبصريات والميكانيكا الدقيقة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) مجموعة من الأهداب الإلكترونية الدورية التي يسببها مجال الليزر فيمتوثانية.



أظهر هؤلاء العلماء لأول مرة قياسًا مباشرًا لديناميكيات الإلكترون الأتوثانية بدقة زمنية غير مسبوقة. نُشر هذا العمل في مجلة Nature Photonics في 30 نوفمبر 2020.


يعد تفاعل الإلكترونات والفوتونات أمرًا أساسيًا في الفيزياء الكونية. أدى الكشف عن ديناميكيات الإلكترون فائقة السرعة مدفوعة بمجال الضوء إلى تقدم كبير في حيود الإلكترون فائق السرعة والفحص المجهري ، وكاميرات الخطوط فائقة السرعة ، وليزر الإلكترون الحر. هذه الديناميكيات الأساسية مخفية تحت النطاق الزمني للفيمتوثانية ، لذا فإن استكشاف ديناميات الشحنة وتتبعها المتضمنة في هذه التطبيقات يتطلب دقة زمنية أكبر من أي وقت مضى لاستغلال إمكاناتها بالكامل. ومع ذلك ، لا يزال الوصول المباشر إلى توصيف المجال البصري لنبض الإلكترون الحر يمثل تحديًا بسبب الصعوبات في تحقيق مطابقة الطور بين المجال البصري والإلكترون.


في هذه الدراسة ، تم تحقيق سبر مباشر لديناميكيات الآتوثانية لقطارات النبضات الإلكترونية الحرة بدقة مماثلة من خلال تجسيد جديد للمفهوم الأساسي للتصوير الخطي ، حيث يتم التحكم في الخطوط بواسطة مجال ليزر الأشعة تحت الحمراء شبه النسبية (الشكل أ).

باستخدام الليزر عالي التباين ومرآة البلازما ، بقي نبض الإلكترون المنبعث في مرحلة معينة من المجال الكهربائي لليزر (الشكل ب) ، مما خفف إلى حد كبير تحديات مزامنة التوقيت. مع عمل مجال الليزر المنعكس كحقل خط ، يمكن فصل نبضات الإلكترون الأتوثانية المتولدة في دورات بصرية مختلفة بشكل عرضي في المجال البعيد.


وفقًا لصورة المجال البعيد ، فإن الانحراف المتغير مؤقتًا "يقطع" موقع الإلكترونات على الشاشة ، ويرسم المظهر الجانبي الزمني لنبضات الإلكترون إلى التوزيع المكاني (الشكل ج). ثلاث مجموعات من الإلكترونات المقذوفة على التوالي عند الحافة الصاعدة (I) ، في المنطقة المجاورة للذروة (II) ، وعند ذيل نبضة الليزر (III) شهدت عمليات مختلفة فائقة السرعة في مجال الليزر.


تؤكد هذه الملاحظة التجريبية نهج استغلال رسم الخرائط من الوقت إلى الفضاء الناجم عن مجال الليزر للتحقيق في ديناميات الشحنات فائقة السرعة على سطح البلازما بدقة أتوثانية. سرعة خط فورية تصل إلى 60 μrad / كما تم تحقيقها ، مما يؤدي إلى تقدم كبير في سرعة الخطوط على منافسي THz.


يفتح هذا النهج المباشر في مجال الفضاء الباب أمام قياس الأتوثانية متعدد الاستخدامات ويمهد الطريق لإلكترونيات الموجات الضوئية في المستقبل.

مشاركة

ليست هناك تعليقات:

جميع الحقوق محفوظة لــ رسالتي خبر