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Jun 27, 2023

Emissão de campo de attosegundo

Nature volume 613, páginas 662–666 (2023)Cite este artigo 14k Acessos 8 citações 195 Detalhes das métricas altmétricas A emissão de elétrons em campo está subjacente a grandes avanços na ciência e tecnologia, variando

Nature volume 613, páginas 662–666 (2023)Cite este artigo

14 mil acessos

8 citações

195 Altmétrico

Detalhes das métricas

A emissão de elétrons em campo está subjacente a grandes avanços na ciência e na tecnologia, que vão desde o processamento de sinais em frequências cada vez mais altas1 até a geração de imagens da estrutura da matéria em escala atômica2 com resolução picômetro. O avanço das técnicas de microscopia eletrônica para permitir a visualização completa da matéria nas escalas espaciais nativas (picômetro) e temporais (attossegundos) da dinâmica eletrônica exige técnicas que possam confinar e examinar a emissão de campo em intervalos de tempo sub-femtossegundos. Pulsos de laser intensos abriram caminho para esse fim, demonstrando o confinamento de femtossegundos e o controle do ciclo subóptico da emissão do campo óptico de metais nanoestruturados. No entanto, a medição dos pulsos de elétrons de attossegundos permaneceu indefinida. Utilizamos transientes de luz intensos de subciclo para induzir a emissão de pulsos de elétrons no campo óptico a partir de nanopontas de tungstênio e uma réplica fraca do mesmo transiente para investigar diretamente a dinâmica da emissão em tempo real. O acesso às propriedades temporais dos pulsos de elétrons que se espalham pela superfície da ponta, incluindo a duração τ = (53 as ± 5 as) e o chirp, e a exploração direta de campos próximos em nanoescala abrem novas perspectivas para pesquisas e aplicações na interface de attossegundos física e nano-óptica.

A interação de átomos e moléculas com campos de laser intensos dá origem a pulsos de elétrons de attossegundos10 que podem estudar a estrutura e a dinâmica desses sistemas em caso de colisão com seu íon-mãe11. As técnicas de attosegundo12 agora podem obter acesso ao perfil temporal dos pulsos de elétrons em colisão e à dinâmica estrutural concomitante13,14 em seus íons parentais, medindo as propriedades transitórias de altos harmônicos15 emitidos durante a interação. Estudos da interação de campos intensos de laser com metais nanoestruturados nas últimas duas décadas sugeriram que os conceitos semiclássicos desenvolvidos anteriormente para descrever a dinâmica de elétrons em átomos podem proporcionar uma resposta central. papel na compreensão da emissão de elétrons do campo óptico. Em analogia aos átomos, os elétrons liberados do ápice de uma nanoponta na crista do campo de um pulso de laser intenso também deveriam formar pulsos de elétrons ultracurtos (Fig. 1a, inserção), que - na colisão com a superfície da ponta cerca de três quartos de o período do laser (T ≈ 2 fs) mais tarde - poderia examinar tanto a dinâmica quanto a estrutura. Devido ao intervalo de tempo ultracurto entre os eventos de emissão e de recolisão, e em contraste com outras tecnologias emergentes de pulso de elétrons, o pacote de ondas de pulso de elétrons deverá sofrer uma propagação temporal insignificante, permitindo seu confinamento a escalas de tempo de subciclo. .

a, Esquema simplificado da configuração experimental. Um pulso de subciclo (curva laranja) é espacialmente separado e focado por um módulo de espelho de Ni côncavo duplo. Um atraso de tempo entre os pulsos refletidos pelos espelhos interno e externo é introduzido por um estágio piezoelétrico. Nanopontas de tungstênio (raio do ápice em torno de 35 nm) ou um jato de gás de átomos de néon podem ser posicionados no foco do laser. Os espectros de elétrons emitidos são registrados por um espectrômetro de tempo de voo (ângulo de aceitação de cerca de 6°) colocado aproximadamente 3 mm a jusante da fonte de elétrons e alinhado ao longo do eixo de polarização do laser. A inserção mostra que os elétrons marcados pela curva sombreada em verde são (i) liberados e acelerados pelo intenso campo de laser para formar um pulso de elétrons, que, ao colidir com a superfície da nanoponta, (ii) pode investigar tanto a dinâmica quanto a estrutura . No retroespalhamento da superfície da ponta, (iii) o pulso de elétrons é ainda mais acelerado pelo laser para escapar da área de interação. b, Rendimento total de elétrons por pulso em função do aumento da intensidade do pico dos pulsos de laser acionadores (pontos amarelos) e seu ajuste linear (linha roxa) em uma escala logarítmica. c, Espectros de elétrons da nanoponta de tungstênio (cor falsa em escala logarítmica) versus intensidade de pico. Estrelas e pontos indicam as energias de corte. As linhas tracejadas pretas e cinzas mostram o ajuste linear da energia de corte versus a intensidade do pico incidente do pulso de laser. d, Espectros de elétrons de emissão óptica da nanoponta de tungstênio (curva vermelha) e átomos de néon (curva azul) para intensidade de pico quase idêntica (cerca de 40 TW cm-2). e, o mesmo que em c, mas para átomos de néon.