Исследователи из Швейцарского федерального технологического института (Swiss Federal Institute of Technology, ETH) в Цюрихе преуспели в создании нового рентгеновского лазера, который способен вырабатывать сверхкороткие импульсы, длительностью всего в 43 аттосекунды. Используя эти импульсы, ученые могут получить временную разрешающую способность в квинтиллионные доли секунды, что, в свою очередь, позволит наблюдать в режиме замедленной съемки за движением электронов во время химических реакций.
Новый лазер, как и все остальные лазеры-рекордсмены, использует первоначальный импульс инфракрасного лазера, который потом укорачивается при помощи определенных методов, его частота, при этом, смещается в рентгеновскую область, а полоса - расширяется. В результате этого на выходе получается сверхкороткий, но очень широкополосный импульс мягкого рентгеновского излучения. Энергия фотонов этого импульса может возбудить электроны атомов различных химических элементов, а излученный атомами вторичный свет позволит произвести высокоточный спектроскопический анализ исследуемых образцов и узнать о происходящих в них процессах.
Появление такой "аттосекундной спектроскопии" может поспособствовать делу создания новых высокоэффективных солнечных батарей. Ведь сейчас ученые получили возможность увидеть в замедленной съемке все тонкости процесса поглощения солнечного света и превращения его энергии в электрическую энергию. Понимание пути преобразования видов энергии и переноса электрических зарядов позволит ученым разработать оптимальную структуру фотогальванических элементов следующего поколения.
Помимо наблюдений за быстротекущими процессами, "аттосекундная спектроскопия" может быть использована и для управления ходом химических реакций или физических процессов. Лазерный импульс, поданный в нужную точку и в правильное время, может изменить ход реакции или даже остановить ее полностью, разорвав определенные химические связи. Такой уровень вмешательства в ход химических реакций был невозможен до последнего времени, так как временные параметры импульсов света выходили далеко за рамки времени движения электронов в атомах и молекулах.
В настоящее время группа, возглавляемая профессором Гансом Джэйкобом Вернером (Hans Jakob Worner), работает над получением еще более короткого импульса света при помощи их лазера. Это позволит произвести запись еще более быстрых процессов с большей временной резолюцией, а за счет более широкой полосы рентгеновского импульса, аттосекундный спектрографический анализ позволит идентифицировать большее количество химических элементов.
