اخیراً تیم تحقیقاتی شیائو جون لیو در موسسه اندازه گیری دقیق (IPM) پیشرفت های مهمی در زمینه فیزیک آتوثانیه داشته است. این تیم طرح جدیدی به نام "دروازه قطبش آتوثانیه" ارائه کردند که تشخیص فوق سریع دینامیک همبستگی الکترون را در یونیزاسیون اتمی قوی مبتنی بر لیزر انجام می دهد. نتایج در Physical Review Letters، یک مجله برجسته فیزیک منتشر شد و به عنوان پیشنهاد ویراستاران انتخاب شد.
آشکار ساختن قوانین دینامیک الکترونیکی درون ماده در مقیاس زمانی آتوثانیه، مبنای فیزیکی مهمی برای شناخت و درک بسیاری از فرآیندهای فتوفیزیکی و فتوشیمیایی فوق سریع در طبیعت است. به همین دلیل، جایزه نوبل فیزیک سال 2023 به سه دانشمندی اعطا شد که سهم برجسته ای در تحقیقات در زمینه فیزیک آتوثانیه داشته اند. در میان بسیاری از تکنیکهای طیفسنجی برای اندازهگیریهای آتوثانیهای، تکنیک خط زاویهای آتوثانیه (همچنین به عنوان «آتوثانیه» شناخته میشود) به دلیل خاصیت خودارجاعی خود، وسیلهای منحصربفرد برای کاوش فرآیندهای دینامیکی الکترونیکی آتوثانیه ارائه میدهد - وضوح زمانی آتوثانیه را میتوان با استفاده از لیزر فمتوثانیه به دست آورد. پالس بدون استفاده از پالس نور آتوثانیه. "آتوثانیه" وسیله ای منحصر به فرد برای بررسی عمیق پویایی فرآیندهای الکترونیکی آتوثانیه فراهم می کند. تکنیک "اتوثانیه" با موفقیت برای اندازه گیری زمان تونل زنی الکترون میدان قوی، تاخیر زمانی یونیزاسیون دو الکترون در یونیزاسیون دوگانه متوالی و غیره به کار گرفته شده است. با این حال، تکنیک سنتی "اتو ثانیه" را نمی توان به طور مستقیم برای فرآیندهای فیزیکی پیچیده تر اعمال کرد. مانند همبستگی الکترون-الکترون، به دلیل استفاده از پالس نوری پلاریزه بیضوی. -همبستگی الکترونی و سایر فرآیندهای فیزیکی پیچیده تر.
برای غلبه بر این مشکل، تیم تحقیقاتی شیائوجون لیو طرحی «آتوثانیه» مبتنی بر پالسهای لیزری «دروازه قطبش» پیشنهاد کرده است و آن را با موفقیت در تشخیص همزمان دینامیک همبستگی الکترون-الکترون در یونیزاسیون دوگانه اتمی میدان قوی به کار برده است. فرآیندها تشخیص زمان واقعی دینامیک همبستگی الکترون-الکترون در یونیزاسیون دوگانه اتمی میدان قوی بر اساس سیستم لیزر فمتوثانیه ای تثبیت شده با فاز حامل، تیم تحقیقاتی با کنترل دقیق تأخیر زمانی و فاز حامل-پوشش دو پرتو چرخش چپ و راست، پالس های نوری فوق کوتاه «دروازه پلاریزاسیون» را با موفقیت سنتز کردند. چرخش پالسهای لیزر فمتوثانیهای با قطبش دایرهای، درک قطبش بیضوی پالسهای لیزر در دقت زمان آتوثانیه و کنترل دقیق. حالت پلاریزاسیون بیضوی پالس لیزر دقیقاً با دقت زمانی آتوثانیه قابل کنترل است. در مقایسه با تک پالس نوری پلاریزه بیضوی که معمولاً در فناوری آتوثانیه قبلی استفاده میشد، پالس فوقکوتاه «دروازه قطبیسازی» نه تنها میتواند به طور مؤثر حالت همبستگی الکترون را آماده کند و انتشار همبستگی الکترون را در ناحیه قطبش نزدیک به مرکز آن هدایت کند، بلکه همچنین میتواند باعث حفظ همبستگی الکترون شود. ویژگی نمونه برداری با دقت بالا از زمان انتشار الکترون در نوارهای زاویه ای آتوثانیه تیم تحقیقاتی از میدان قوی اتم آرگون برای نمونه برداری از زمان انتشار الکترون استفاده کردند. تیم تحقیقاتی تکنیک "دروازه قطبش آتوثانیه" را با مطالعه تفاوت زمان انتشار الکترون همبسته بین حالت های برانگیخته مضاعف ایجاد شده توسط فرآیند یونیزاسیون دوگانه میدان قوی اتم های آرگون به عنوان مثال، با موفقیت نشان داده است. این مطالعه نشان میدهد که یونیزاسیون دو الکترون مرتبط در حالت برانگیخته مضاعف عمدتاً از طریق دو کانال مختلف انجام میشود و تکنیک "دروازه قطبش یک ثانیه" به دقت تفاوت زمان یونیزاسیون بین دو الکترون مرتبط مربوط به کانالهای مختلف را اندازهگیری میکند. که به ترتیب 234 (22±) آرسک و 1043 (73±) آرسک هستند.
