Attofysik med flerfärgsfält

Diarienummer: FFL09-0078
Start- och slutdatum: 110101-161231
Beviljat belopp: 10 000 000 kr
Förvaltande organisation: Lund University
Forskningsområde: Informations-, kommunikations- och systemteknik

Summary

Målsättningen med projektet är att vidareutveckla det nya forskningsfältet ”attofysik” – de kortaste ljuspulser som någonsin har skapats – och bibehålla den världsledande ställning som gruppen i Lund har uppnått. Attosekunds pulser är en ny ljuskälla och utmaningen nu är att vidareutveckla tekniken och ta steget från ”ny och lovande” till ”användbar” ljuskälla. För att göra detta tänker jag inte bara utnyttja av den extrema tidsupplösningen, utan också visa att pulserna kan användas till både spektrala och spatiella mätningar. Med kontrollerade sekvenser av attosekundspulser kommer jag att visa att det är möjligt att följa och kontrollera elektronrörelser i atomer och mer komplexa system. För att nå målet kommer jag att utnyttja mig av flerfärgade laserpulser. Genom att kombinera flera laserpulser med olika frekvenser är det möjligt att uppnå oöverträffad kontroll över ljuset, inte bara pulsstrukturen utan även själva fältstrukturen. Jag tänker använda flerfärgade laserpulser inom de tre följande, lika viktiga komponenterna av attofysik: De genererande fälten: Med målsättningen att skapa kontrollerade sekvenser av attosekundspulser. Probfälten: Med målsättningen att skapa optimala probfält för varje givet experiment (med varierande våglängder). Kontrollfälten: Attosekundsexperiment har än så länge oftast gjorts med två pulser, en pump och en prob, men genom att lägga till en tredje puls blir det dessutom möjligt att kontrollera olika processer.

Populärvetenskaplig beskrivning

Attofysik handlar om att studera händelseförlopp på elektronernas naturliga tidsskala, attosekundsskalan (1 attosekund = 10-18 sekunder). Detta inkluderar bland annat att generera de kortaste ljuspulserna som någonsin har skapats, attosekundspulser. Det kan vara svårt att föreställa sig hur kort en attosekund är, men en jämförelse kan underlätta: en attosekund förhåller sig till en sekund på samma sätt som en sekund förhåller sig till två gånger universums ålder! Det är på den här tidsskalan som elektroner rör sig i atomer och molekyler. Syftet med attofysik är att fördjupa vår inblick i elektronernas dynamik och att lära oss hur vi kan kontrollera deras rörelser. Elektroner och deras rörelser ligger till grund för så gott som alla de fundamentala processerna i fysik, kemi, biologi och fasta tillståndets fysik. Den kortaste möjliga pulslängden för en laserpuls begränsas av ljusets våglängd, pulsen kan inte bli kortare än en optisk cykel, vilket i det synliga våglängdsområdet motsvarar ett par femtosekunder. För att kunna generera attosekundspulser krävs det därför att man utnyttjar ljus med kortare våglängd. Ett sätt att göra detta är genom att utsätta atomer för så starka laserfält att elektroner kan slitas loss och accelereras av fältet. Om en elektron kommer tillbaka och kolliderar med atomen kan energin som den har tillförts från laserfältet omvandlas till en ljuspuls med hög energi och därmed också en kort våglängd som kan sträcka sig långt utanför det synliga området, ända ner till mjuk-röntgen. Ljuspulsen sänds ut under en mycket kort tid då elektronen kolliderar med atomkärnan och det är så attosekundspulser genereras. Målsättning för det här projektet är att vidareutveckla forskningsområdet attofysik och att ta steget från ”ny och lovande” ljuskälla till ”användbar” och därmed stärka Sveriges ställning som ett av de ledande länderna inom fältet. För att uppnå detta kommer vi att utveckla och demonstrera nya tillämpningar av attosekundspulser och kontinuerligt förbättra genereringsprocessen. För att kunna bibehålla Lunds ledande ställning inom detta nya och väldigt snabbt växande forskningsfält behöver gruppen expandera. Det behövs också en fortsatt stark koppling mellan experiment och teori för att kunna utveckla nya tillämpningar. Jag har jobbat med attofysik både experimentellt och teoretiskt och hoppas kunna fortsätta att bidra till utvecklingen av attofysik och att stärka Lunds ledande ställning.