08 Mrz Ein neues Kapitel in der Attosekunden-Spektroskopie
Ein Team von Forschenden des Max-Born-Institutes (MBI) in Berlin demonstrierte nach eigenen Angaben zum ersten Mal Attosekunden-Pump-Attosekunden-Probe-Spektroskopie (APAPS) bei einer Wiederholrate von 1 kHz. Dies wurde durch die Entwicklung einer kompakten, intensiven Attosekundenquelle ermöglicht.
Aktuelle Attosekunden-Techniken haben einen entscheidenden Nachteil: Um einen Film in einem Pump-Probe-Experiment aufnehmen zu können, muss ein Attosekunden-Puls mit einem Femtosekunden-Puls kombiniert werden. Dies führt zu Einschränkungen bei der Untersuchung von Elektronendynamiken auf Attosekunden-Zeitskalen. Bisher wurden zwar einige wenige Demonstrationsexperimente mit APAPS durchgeführt, diese basierten aber auf großen Aufbauten und spezialisierten Lasersystemen bei niedrigen Wiederholungsraten von 10 bis 120 Hz.
Neuer Ansatz für hohe Pulsenergien
Das Team vom MBI hat nun einen alternativen Ansatz gefunden, der es ihnen erlaubt, APAPS in einem deutlich kompakteren Aufbau durchzuführen. Zu diesem Zweck haben sie einen schlüsselfertigen Laser genutzt, der bei deiner Wiederholungsrate von 1 kHz betrieben wird. Die Forschenden erzeugten Attosekunden-Pulsen in einem Gasstrahl mittels eines Infrarotlasers. Im Gegensatz dazu, wie Attosekunden-Pulse üblicherweise erzeugt werden, haben sie den Gasstrahl nicht in der Nähe des Laserfokus platziert, sondern in einigem Abstand davon. Dadurch konnten Attosekunden-Pulse mit einer relativ hohen Pulsenergie und einer kleinen virtuellen Quellengröße erzeugt werden. Damit ließen sich die Attosekunden-Pulse zu einer hohen Intensität fokussieren.
Ionisierungsverlauf bestätigt APAPS
In ihrem APAPS-Experiment haben die Forschenden Argon-Atome mit einem ersten Attosekunden-Puls ionisiert, was zur Erzeugung einfach geladener Ar+-Ionen geführt hat. Diese wurden von einem zweiten Attosekunden-Puls bei unterschiedlichen Zeitverzögerungen abgefragt, was zur Erzeugung von doppelt geladenen Ar2+-Ionen geführt hat. Der gemessene Anstieg der beobachteten Ar2+-Ionen auf einer extrem schnellen Zeitskala zeigte, dass die Pump- und Probe-Pulse tatsächlich eine Dauer im Attosekunden-Bereich haben.
Die Messung demonstriert, dass die Pump-Probe-Pulse Ar2+-Ionen auf einer Attosekundenzeitskala erzeugen und es sich damit um Attosekunden-Pulse handeln muss. Bild: MBI / Bernd Schütte
Ziel: Schneller messen
Die moderaten Pulsenergien der Infrarot-Treiberpulse, die in dieser Studie verwendet wurden, ebnen nach Angaben der Forschenden den Weg, APAPS-Experimente in der Zukunft bei noch deutlich höheren Wiederholungsraten bis zum Megahertz-Bereich durchzuführen. Die dafür notwendigen Lasersysteme sind entweder schon verfügbar oder in der Entwicklung.
Originalpublikation:
[Martin Kretschmar, Evaldas Svirplys, Mikhail Volkov,Tobias Witting, Tamás Nagy, Marc J. J. Vrakking, Bernd Schütte, Compact realization of attosecond-pump attosecond-probe spectroscopy, Science Advances 21 Feb 2024 Vol 10, Issue 8]
Quelle: mbi-berlin.de
Bild: MBI / Mikhail Volkov
