Yoğun bir lazer darbesi sabit bir elektrona çarptığında, ışık alanının frekansında bir titreme hareketi gerçekleştirir. Ancak darbeden sonra bu hareket sona erer ve elektron tekrar orijinal konumunda durur. Bununla birlikte, eğer ışık alanı elektronun yörüngesi boyunca gücünü değiştirirse, elektron her salınımda ek bir sürüklenme hareketi oluşturur ve bunu darbeden sonra bile korur. Uzamsal ışık yoğunluğu, elektronun aşağıya doğru kaydığı bir eğim gibi davranır.
Onlarca yıldır bilinen bu etkiye “pounderomotive ivme” adı veriliyor. Bununla birlikte, odaklanmış ışık huzmelerinde bile yoğunluğun uzaysal bağımlılığının düşük olması nedeniyle, bu ışıkla yönlendirilen kayma etkisi, yalnızca alanın birçok salınımına sahip uzun süreli lazer darbeleri için açıkça gözlemlenebilir.
Yakın zamanda yapılan bir çalışmada araştırmacılar, yalnızca tek bir ışık salınımı sırasında belirgin bir ivmelenme ivmesi gösterdiler. Önemli olan, lazer ışığıyla aydınlatıldığında ışık yoğunluğunda son derece güçlü bir uzaysal değişim sergileyen keskin metalik iğne uçlarının kullanılmasıydı. Çalışma dergide yayınlandı Doğa Fiziği.
Hızlı elektronlar ve jilet keskinliğinde iğneler
Deneylerde, ışık tarafından salınan elektronlar ilk kez ışık alanının bireysel döngülerine atanabildi. Bu amaçla, FAU Lazer Fiziği Kürsüsü’nden Prof. Dr. Peter Hommelhoff liderliğindeki araştırma grubunun laboratuvarlarında, sadece üç civarında alan salınımı içeren optik lazer darbeleriyle aydınlatılan, özellikle keskin uçları olan, yalnızca birkaç nanometre boyutunda tungsten iğneler üretildi.
Lazer Fiziği Kürsüsü araştırma görevlisi Dr. Jonas Heimerl şöyle açıklıyor: “Tipik olarak, ışık darbesinin dalga biçimiyle hassas bir şekilde kontrol edebildiğimiz, nanosivri uçlardan salınan hızlı elektronlarla özellikle ilgileniyoruz.”
“Bunlar için, keskin uçlar için sondalama hareketinin tamamen bastırıldığı biliniyor. Şaşırtıcı bir şekilde, daha önce bilinmeyen ve belirgin bir şerit desenini tam olarak yavaş elektronların sinyalinde keşfettik. Deneylerimiz, yavaş elektronlar için sondalama güdüsü etkilerinin arttığını bile ortaya çıkardı.”
Deneysel verilerle karşılaştırmak için, Rostock Üniversitesi’nden Prof. Dr. Thomas Fennel liderliğindeki araştırma grubu, tek bir ışık salınımında göllenme ivmesi etkisini niceliksel olarak tanımlayan ve ultra hızlı elektron dinamiğinin karakterizasyonu ve kontrolü için geniş kapsamlı sonuçları gösteren kapsamlı sayısal simülasyonlar gerçekleştirdi.
Fennel’in grubundan doktora adayı Anne Herzig, “Ponderomotif ivme genellikle birçok ışık salınımı üzerinden ortalaması alınan bir etki olarak tanımlanır. Bulgularımızın büyüleyici bir yönü, bunun artık bir ışık salınımının küçük bir zaman ölçeğindeki süreçleri ölçmek için kullanılabilmesidir” diye açıklıyor.
Herzig, “Yakın alan kaynaklı şerit yapılarının temel fiziği prensipte klasik mekanikle açıklanabilse de, emisyon sürecinin kuantum etkilerini karakterize etmek için yeni bir yaklaşım açıyorlar” diye ekliyor.
Kazanılan içgörüler yalnızca deney ve teori arasındaki mükemmel etkileşim sayesinde mümkün oldu ve foto emisyonun temel anlayışını genişletme ve ultra hızlı metroloji ve optoelektronik alanında yeni uygulamaları mümkün kılma potansiyeline sahip.
