Награду в 2023 году присудили за экспериментальные методы, позволяющие генерировать аттосекундные импульсы для исследования динамики электронов в веществе.

Нобелиатами стали Пьер Агостини (Pierre Agostini), США, Ференц Краус (Ferenc Krauz), Германия и Анн Л’Юилье (Anne L’Huillier), Швеция.

«Аттосекунда ― это очень короткое время. За одну секунду происходит миллиард миллиардов аттосекундных колебаний. Именно такие времена определяют скорости процессов в микрочастицах - атомах и молекулах.

Нобелевская премия присуждена физикам, которые научились генерировать такие сверхкороткие лазерные импульсы, исследовать и задавать характеристики импульсов, и применять их для изучения свойств атомов и молекул. Генерировать аттосекундные импульсы очень трудно — для этого не подойдет обычный лазер, потому что колебания электромагнитного поля в лазерной волне видимого света длятся дольше. Потребовалось работать с жестким ультрафиолетовым излучением и использовать методы нелинейной оптики: генерировать излучение в инертном газе. Ференц Краус разработал методы как генерации, так и измерения аттосекундных импульсов. Пьеру Агостини принадлежит изящный метод реконструкции профиля аттосекундного импульса. Анн Л'Юлье применила аттосекундные лазерные импульсы, чтобы изучить движение электронов в атомах и молекулах в режиме реального времени.

С помощью аттосекундных импульсов можно увидеть, как движутся ядра молекул. Для этого обычно посылаются два коротких импульса с небольшой задержкой между ними. Сверхкороткие импульсы важны также для исследований в физике конденсированного состояния, в том числе в физике поверхности. Это мощный диагностический инструмент, который находит применения в фотохимии, для биомедицинских задач, и перспективен для микроэлектроники», — комментирует старший научный сотрудник лаборатории нелинейных лазерных процессов и лазерной диагностики Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН кандидат физико-математических наук Илья Игоревич Бетеров.

«Нобелевские лауреаты создали тонкий инструмент для исследования “поведения” электронов в веществе, манипуляций с ними», — добавляет заведующий лабораторией ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Дмитрий Эдуардович Закревский, — Если говорить о моем отношении к этой премии — я рад! Рад за коллег, которые сделали такую тонкую вещь, которая становится инструментом для изучения электронной материи. Аттосекундными импульсами электрон можно “толкнуть”, и посмотреть, что произойдет. Появился “тонкий” инструмент для измерения продолжительности квантовых процессов: считалось, что они мгновенны, а выяснилось, что они идут с некоей задержкой, пусть и очень, невообразимо, короткой, но ее научились мерить.

Принцип получения аттосекундных импульсов был связан с тем, что фемтосекундные импульсы — на три порядка более длинные — не подходят для изучения динамики электронов. Чтобы добиться аттосекундных импульсов, нужны были принципиально другие методы, нежели использовали раньше, — для получения коротких “вспышек” излучения.

И таким методом оказалась генерация гармоник высокого порядка лазерного поля: при воздействии короткого фемтосекундного лазерного излучения на твёрдое тело, на газ. В результате “освещения” газа инфракрасным или ультрафиолетовым лазером фемтосекундной длительности можно получить еще более короткий импульс — “вспышку” фотонов с аттосекундной длительностью.

Сначала нобелиатам удалось добиться импульса длительностью 250 аттосекунд, а потом 100-150 аттосекунд. И такой импульс — это очень тонкий инструмент, позволяющий не просто воздействовать на атом, а “дотрагиваться” до электронов».

Пресс-служба ИФП СО РАН
Иллюстрации:
1. Нобелевская премия по физике-2023. Автор Йохан Ярнестад, Шведская королевская академия наук
Attribute ”© Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences”.