Los científicos han logrado un avance significativo en la manipulación de ráfagas de luz extremadamente cortas, conocidas como pulsos de attosegundos. Investigadores del Instituto Max Born (MBI) y DESY han demostrado una lente de plasma capaz de enfocar estos pulsos, un avance que promete mejorar en gran medida la potencia disponible para estudiar los movimientos increíblemente rápidos de los electrones. Los hallazgos, publicados en Nature Photonics, abren nuevas e interesantes vías para comprender y controlar el comportamiento de los electrones en átomos, moléculas y materiales sólidos.
Comprender los pulsos de attosegundos y el desafío del enfoque
Los pulsos de attosegundos, que duran apenas una milmillonésima de milmillonésima de segundo, son herramientas vitales para observar y manipular los movimientos de los electrones. Sin embargo, enfocar estos pulsos, que residen en las regiones ultravioleta extrema (XUV) y de rayos X del espectro electromagnético, ha sido históricamente un obstáculo importante. Los métodos convencionales actuales se quedan cortos.
- Espejos: Aunque se utilizan habitualmente, tienen una baja reflectividad y se degradan rápidamente.
- Lentes tradicionales: Son eficaces para la luz visible, pero no son adecuadas para pulsos de attosegundos porque absorben la luz XUV y amplían la duración del pulso.
La innovadora solución de lentes de plasma
El equipo de investigación superó este desafío desarrollando una nueva lente de plasma. El proceso implica disparar potentes impulsos eléctricos a través de gas hidrógeno confinado dentro de un tubo diminuto. Esto rápidamente despoja a los átomos de hidrógeno de sus electrones, creando un plasma, un estado de la materia en el que los electrones se separan de los átomos. Los electrones se propagan naturalmente hacia afuera, formando una estructura de plasma que se asemeja a una lente cóncava.
Es importante destacar que, a diferencia de los materiales ordinarios, el plasma desvía la luz de una manera que le permite enfocar, en lugar de dispersar, los pulsos de attosegundos.
Ventajas y hallazgos clave
La nueva lente de plasma ofrece varias ventajas clave:
- Enfoque de amplio espectro: La lente puede enfocar eficazmente pulsos de attosegundos en una gama de longitudes de onda XUV.
- Distancia focal ajustable: La distancia focal de la lente se puede ajustar controlando la densidad del plasma.
- Alta tasa de transmisión: Los investigadores lograron una tasa de transmisión superior al 80%, lo que significa que una porción significativa de los pulsos de attosegundos pasa a través de la lente.
- Reemplazo del filtro de infrarrojos: La lente de plasma filtra eficazmente los pulsos de conducción de infrarrojos que normalmente requieren filtros metálicos separados. Eliminar la necesidad de estos filtros conduce a una fuente de luz de attosegundos más fuerte e intensa.
Preservación de la duración del pulso ultrarrápido
Para caracterizar completamente el rendimiento de la lente de plasma, los investigadores realizaron simulaciones detalladas por computadora. Estas simulaciones revelaron que los pulsos de attosegundos solo experimentaron un ligero aumento en la duración (de 90 a 96 attosegundos) después de ser enfocados. Además, en condiciones realistas en las que los componentes del pulso viajan en tiempos ligeramente diferentes, la lente de plasma en realidad comprimió los pulsos, reduciendo la duración de 189 a 165 attosegundos.
Este avance amplía significativamente las posibilidades de realizar experimentos de attosegundos, que a menudo están limitados por la intensidad de la luz disponible.
El desarrollo de esta lente de plasma representa un importante paso adelante en la óptica ultrarrápida, ofreciendo a los científicos una nueva y poderosa herramienta para investigar la dinámica fundamental de los electrones y allanando el camino para aplicaciones innovadoras en campos como la ciencia de materiales y la tecnología cuántica.
