Kolmiulotteisten valokenttien käyttäminen elektronien ohjaamiseen

Asettamalla päällekkäin kaksi eri suunnista konvergoivaa ultralyhyttä laserpulssia, Saksan Oldenburgin yliopiston fyysikkoryhmä on onnistunut luomaan kolmiulotteisia valokenttiä. Samaa menetelmää käyttäen he pystyivät myös virittämään elektroneja kvanttitiloihin, jotka olivat aiemmin olleet kokeissa saavuttamattomissa.

Tämä lähestymistapa avaa uusia kokeellisia mahdollisuuksia kiraalisten rakenteiden tunnistamiseen, valon ja aineen välisten vuorovaikutusten hallintaan ja tiettyjen elektronisten kvanttitilojen luomiseen, tutkijat raportoivat tiedelehdessä Physical Review Research.

"Menetelmällämme voimme luoda elektronisia kvanttitiloja, jotka on aiemmin kuvattu vain teoreettisesti, ja myös tehdä niistä avaruudellisesti näkyviä", selittää tutkimusryhmää johtava professori Matthias Wollenhaupt. "Olemme näin laajentaneet kokeellisen optiikan työkalupakkia kattamaan uuden luokan kolmiulotteisia valokenttiä."

Kolmiulotteisten valokenttien luomiseksi tutkimusryhmä asetti päällekkäin kaksi erityisesti muotoiltua femtosekuntista laserpulssia.

Tutkijat yhdistivät kaksi eriväristä lasersädettä, jolloin niiden säteet leikkaavat yhdessä pisteessä ja loivat siten kolmiulotteisia valokenttiä, joiden muotoa he pystyivät hallitsemaan. "Kentät värähtelevät kaikkiin kolmeen avaruussuuntaan, mikä avaa uusia mahdollisuuksia tiettyjen valo-aine vuorovaikutusten tutkimiseen ja hallintaan", selittää tohtoriopiskelija Darius Köhnke.

Tämän menetelmän keskeinen etu on, että tutkijat voivat käyttää kolmiulotteisia valokenttiä sellaisten elektronien kvanttitilojen luomiseen, jotka olivat aiemmin saavuttamattomissa kokeissa.

Tutkimusryhmä osoitti tämän käyttämällä 3D-valokenttäänsä virittääkseen valikoivasti kaliumatomien elektroneja korkeamman energian viritystiloihin ja sitten vapauttamalla ne atomista. Tutkijat pystyivät samanaikaisesti tarkkailemaan elektronitilojen muutoksia lyhyin väliajoin.

Tutkijat selittävät, että uusi menetelmä on erityisen lupaava kiraalisten molekyylien tutkimuksessa, joilla on keskeinen rooli biologiassa ja lääketieteessä.

Kolmiulotteiset valokentät voisivat johtaa merkittäviin edistysaskeliin kiraalisen tunnistuksen alalla: ”Teoreettiset tutkimukset osoittavat, että myös kolmiulotteisilla valokentillä voi olla kiraalisia ominaisuuksia”, Wollenhaupt selittää.

Fyysikko professori Olga Smirnova Max Bornin epälineaarisen optiikan instituutista Berliinistä korosti hiljattain Science-lehdessä julkaistussa artikkelissa ” Molecular Chirality:n uusi aikakausi” mahdollisuuksia, joita kolmiulotteiset valokentät avaavat molekyylikiraalisuuden tutkimukselle ja hallinnalle.

Fyysikot kirjoittavat, että tämä tutkimus luo tärkeän perustan tällaisille sovelluksille.

Aiheesta aiemmin

Holografiatekniikka, jossa valosta tulee avain

Kolmiulotteista valon muokkausta