Elektronları aşırı ultraviyole ışıkla yönlendirmek; ekip kuantum tutarlı kontrole ulaştı

Işık, bilim adamlarının maddeyi araştırmak için sahip olduğu en güçlü araçlardan biridir. Işık, elektronlarla etkileşerek atomların, moleküllerin ve malzemelerin nasıl yapılandırıldığını ve zaman içinde nasıl evrimleştiğini ortaya çıkarır. Yüksek enerjiye sahip ultraviyole ve X-ışını fotonları özellikle çekicidir çünkü her kimyasal elementin kendine özgü elektronik parmak izini taşıdığı atom çekirdeğine yakın konumdaki elektronlara erişebilirler.

Araştırmacılar elektronları görünür ve kızılötesi lazerlerle kontrol edebilse de, bu teknikleri XUV ve X-ışını alanlarına genişletmek çok daha zorlayıcı oldu. Uluslararası araştırma ekibi şimdi spektrumun bu zorlu bölgesine yeni bir araç getirdi.

Bir elektronun her iki yöne gitmesini sağlamak… ya da gitmemek.

Kuantum mekaniğinin en tuhaf özelliklerinden biri de bir sürecin aynı anda birden fazla şekilde gerçekleşebilmesidir. Bir elektron aynı son duruma farklı yollardan ulaşabilir ve bu yollar, tıpkı su yüzeyindeki örtüşen dalgalar gibi, birbirini tamamlayabilir veya iptal edebilir.

Araştırmacılar, He’deki bağlı bir durumu harekete geçirmek için iki rakip kuantum yolu oluşturarak bu fenomenden yararlandılar. Bu kuantum yolları için, XUV darbeleriyle uyarılmış Raman uyarımı adı verilen yöntemi kullandılar.

“XUV’deki uyarılmış Raman uyarımı ile sanki bir atomdan bir elektronu çıkarabilir ve sonra onu ışıkla eve geri getirebilirmişiz gibi. Dikkat çekici bir şekilde, bu geçiş yollarından ikisine sahip olduğumuzda, üzerine tuttuğumuz ışıkta çok küçük gecikmeler yaratarak bunun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğine karar verebiliyoruz. Başka bir deyişle, kuantum yollarından birindeki ışık darbelerinin fazını kontrol ederek, iki kuantum yolunun birbiriyle işbirliği yapıp yapmadığına veya birbirine karşı çalışıp çalışmadığına karar verebiliriz.” UCLouvain’de yazarlardan biri ve araştırmacı olan Matthieu Génévriez diyor.

Uyarımın sonucu XUV alanlarından birinin fazına göre değişir.

Onlarca yıldır bilim insanları, kimyasal reaksiyonları ve elektronik hareketi takip etmek için uyarılmış Raman saçılımına ve görünür ve kızılötesi lazerleri kullanan ilgili tekniklere güveniyorlardı. “Yeni deney, bu güçlü yöntemlerin artık aşırı ultraviyole ortama getirilebileceğini, uzun süredir devam eden bir zorluğun üstesinden gelinebileceğini ve benzeri görülmemiş uzaysal çözünürlükle maddeyi görüntüleme ve manipüle etme için yeni olanaklar açabileceğini gösteriyor.” Max Born Enstitüsü’nün baş yazarı ve araştırmacısı Ulli Eichmann şöyle diyor:

Bildirilen deney Doğa Fotoniği Bu çalışma, bu tür bir çalışma için gerekli olan yoğun ve son derece kontrollü aşırı morötesi ışığı üretebilen dünya çapındaki az sayıda tesisten biri olan, İtalya’nın Trieste kentindeki FERMI serbest elektron lazerinde gerçekleştirildi.

“Bu tesisler, son derece parlak ve ultra kısa XUV ve X-ışını ışığı flaşları üreterek, maddeyi daha önce imkansız olan yollarla araştırmamıza olanak tanıyor.” Uppsala Üniversitesi’nden araştırmacı Jan-Erik Rubensson şöyle açıklıyor: “Bir bakıma, tıpkı bir X-ışını görüntüsünün insan vücudundaki yapıları yakalaması gibi, elektronların ve atom çekirdeğinin hareketinin anlık görüntüsünü sağlarlar.” Eichmann’ı ekliyor.

Uluslararası ekip, bu çalışmada ortaya konan kavramların en sonunda elektronik hareketi ve kimyasal dönüşümleri en küçük ölçeklerde takip edebilen yeni nesil elemente özgü görüntüleme ve spektroskopi araçlarını mümkün kılabileceğine inanıyor.