Para ilmuwan telah mencapai kemajuan signifikan dalam memanipulasi semburan cahaya yang sangat singkat, yang dikenal sebagai pulsa attodetik. Para peneliti dari Max Born Institute (MBI) dan DESY telah mendemonstrasikan lensa plasma yang mampu memfokuskan pulsa ini, sebuah terobosan yang menjanjikan untuk meningkatkan daya yang tersedia untuk mempelajari pergerakan elektron yang sangat cepat. Temuan ini, yang dipublikasikan di Nature Photonics, membuka jalan baru yang menarik untuk memahami dan mengendalikan perilaku elektron dalam atom, molekul, dan bahan padat.
Memahami Denyut Attodetik dan Tantangan Pemfokusan
Denyut attodetik—yang hanya berlangsung sepermiliar detik—merupakan alat penting untuk mengamati dan memanipulasi pergerakan elektron. Namun, memfokuskan pulsa ini, yang berada di wilayah ultraviolet ekstrim (XUV) dan sinar-X pada spektrum elektromagnetik, secara historis merupakan tantangan besar. Metode konvensional yang ada saat ini masih gagal.
- Cermin: Meskipun umum digunakan, cermin ini memiliki tingkat reflektifitas yang rendah dan cepat rusak.
- Lensa Tradisional: Lensa ini efektif untuk cahaya tampak, namun tidak cocok untuk pulsa attodetik karena lensa ini menyerap cahaya XUV dan memperluas durasi pulsa.
Solusi Lensa Plasma yang Inovatif
Tim peneliti mengatasi tantangan ini dengan mengembangkan lensa plasma baru. Prosesnya melibatkan penembakan pulsa listrik yang kuat melalui gas hidrogen yang dimasukkan ke dalam tabung kecil. Hal ini dengan cepat melepaskan elektron dari atom hidrogen, sehingga menciptakan plasma —keadaan materi di mana elektron terpisah dari atom. Elektron secara alami menyebar ke luar, membentuk struktur plasma menyerupai lensa cekung.
Yang penting, tidak seperti bahan biasa, plasma membelokkan cahaya sedemikian rupa sehingga memungkinkannya memfokuskan, bukan menyebarkan, pulsa attodetik.
Keuntungan dan Temuan Utama
Lensa plasma baru menawarkan beberapa keunggulan utama:
- Pemfokusan Spektrum Luas: Lensa dapat memfokuskan pulsa attodetik secara efektif pada rentang panjang gelombang XUV.
- Panjang Fokus Merdu: Panjang fokus lensa dapat disesuaikan dengan mengontrol kepadatan plasma.
- Tingkat Transmisi Tinggi: Para peneliti mencapai tingkat transmisi melebihi 80%, yang berarti sebagian besar pulsa attodetik melewati lensa.
- Penggantian Filter Inframerah: Lensa plasma secara efektif menyaring pulsa penggerak inframerah yang biasanya memerlukan filter logam terpisah. Menghilangkan kebutuhan akan filter ini akan menghasilkan sumber cahaya attodetik yang lebih kuat dan intens.
Mempertahankan Durasi Denyut Ultracepat
Untuk sepenuhnya mengkarakterisasi kinerja lensa plasma, para peneliti melakukan simulasi komputer secara rinci. Simulasi ini mengungkapkan bahwa pulsa attodetik hanya mengalami sedikit peningkatan durasi—dari 90 menjadi 96 attodetik—setelah difokuskan. Selain itu, dalam kondisi realistis di mana komponen pulsa bergerak pada waktu yang sedikit berbeda, lensa plasma sebenarnya memampatkan pulsa, mengurangi durasinya dari 189 menjadi 165 attodetik.
Terobosan ini secara signifikan memperluas kemungkinan eksperimen attosecond, yang sering kali dibatasi oleh intensitas cahaya yang tersedia.
Pengembangan lensa plasma ini mewakili langkah maju yang besar dalam optik ultracepat, menawarkan para ilmuwan alat baru yang ampuh untuk menyelidiki dinamika fundamental elektron dan membuka jalan bagi aplikasi inovatif di bidang-bidang seperti ilmu material dan teknologi kuantum.
