Superant barreres en attociència amb el pols de llum més curt mai creat
Investigadors de l’ICFO han establert un nou rècord en generar el pols de raigs X tous més curt fins ara, de només 19,2 attosegons. Es tracta de l’esclat de llum més ràpid, fins i tot més veloç que la unitat atòmica de temps (24,2 attosegons), que correspon al temps que triga un electró a completar una òrbita al voltant de l’àtom d’hidrogen: l’“any atòmic”. Això permet capturar com es comporta i interactua la matèria a escales atòmiques i subatòmiques amb una resolució temporal sense precedents.
Els electrons ho determinen tot: com es desenvolupen les reaccions químiques, com els materials condueixen l’electricitat, com les molècules biològiques transfereixen energia i com funcionen les tecnologies quàntiques. Però la dinàmica electrònica es produeix en escales de temps d’attosegons, massa ràpides per a les eines de mesura convencionals.
Ara, han generat un pols de raigs X tous de 19,2 attosegons que, a la pràctica, crea una “càmera” capaç de capturar aquestes dinàmiques elusives en temps real i amb un nivell de detall sense precedents, cosa que permet observar processos mai vistos anteriorment. Els investigadors de l’ICFO, el Dr. Fernando Ardana-Lamas, el Dr. Seth L. Cousin, la Juliette Lignieres, i el Prof. ICREA Jens Biegert, han publicat aquest nou rècord a Ultrafast Science. Amb només 19,2 attosegons de durada, és el pols de raigs X tous més curt i brillant mai produït, donant lloc a la “càmera” més ràpida que existeix avui dia.
Els esclats de llum en el rang espectral de raigs X tous permeten reconèixer els elements atòmics segons la seva “empremta” identificadora, cosa que permet als científics rastrejar com els electrons es reorganitzen al voltant d’àtoms específics durant reaccions o transicions de fase. Generar un pols aïllat tan curt va requerir innovacions en la generació d’harmònics alts, enginyeria làser i metrologia d’attosegons. En conjunt, aquests avenços són els que ara permeten observar la dinàmica electrónica, la qual defineix les propietats dels materials, en la seva escala de temps natural.
El camí fins a assolir aquesta fita va començar el 2015, quan l’equip del professor Jens Biegert va ser pioner en la generació de polsos d’attosegons en el règim de raigs X tous aïllant amb èxit ràfegues d’aquest tipus de llum. Aquests polsos van demostrar la seva utilitat revolucionària en resoldre la interacció dels electrons amb la xarxa cristal·lina en un sòlid i en aclarir com i quan s’obre un anell molecular (el precursor de diversos processos com la polimerització). Tanmateix, en aquell moment els mètodes per determinar la durada dels polsos tenia diverses limitacions. Ara, aquestes limitacions ja s’han superat, cosa que ha permès demostrar que aquests són els polsos més curts mai mesurats.
“Quan vaig arribar al grup i vaig veure els sorprenents indicis, vaig saber que havia d’analitzar-los amb un nou mètode de recuperació de polsos”, comparteix amb entusiasme el primer autor, el Dr. Fernando Ardana-Lamas. “Per fi podem dir que, fins on sabem, hem demostrat el pols de llum més curt del món!”
“Aquesta nova capacitat obre el camí a avenços en física, química, biologia i ciència quàntica, permetent l’observació directa de processos que impulsen la fotovoltaica, la catàlisi, els materials correlacionats i els dispositius quàntics emergents”, explica el Prof. Biegert, reflexionant sobre el futur dels polsos de raigs X tous de durada inferior a la unitat atòmica de temps. Tal com ell mateix afirma, ara que les bases per a la seva producció estan assentades, “el cel és el límit”.
Referència:
[1] Fernando Ardana-Lamas, Seth L. Cousin, Juliette Ligneres, Jens Biegert. Brilliant source of 19.2 attosecond soft X-ray pulses below the atomic unit of time. Ultrafast Sci. 0:
DOI: 10.34133/ultrafastscience.0128
Agraïments:
J.B. and group acknowledges financial support from the European Research Council forERC Advanced Grant “TRANSFORMER” (788218), ERC Proof of Concept Grant “miniX”(840010), FET-OPEN “PETACom” (829153), FET-OPEN “OPTOlogic” (899794), FET-OPEN“TwistedNano” (101046424), MINECO for Plan Nacional PID2024-162757NB-I00; QU-ATTO,101168628; AGAUR for 2021 SGR 01449, MINECO for “Severo Ochoa” (CEX2019-000910-S),Fundació Cellex Barcelona, the CERCA Programme/Generalitat de Catalunya, and the Alexander von Humboldt Foundation for the Friedrich Wilhelm Bessel Prize. JB also acknowledges Lasers4EU, which is funded by the European Union funds under HEU-GA 101131771.