21 september 2009
Attoseconde laserpulsen zien voor het eerst moleculen vibreren
Onderzoekers van het FOM-instituut AMOLF, in samenwerking met groepen
uit Milaan (Italië), Lund (Zweden) en Parijs (Frankrijk), hebben
laserpulsen met een duur van slechts enkele honderden attoseconden
gebruikt om vibraties in het snelst vibrerende molecuul, waterstof,
waar te nemen en te bestuderen. Door gebruik te maken van deze extreem
korte pulsen (een attoseconde is één miljardste van een miljardste van
een seconde) kan zeer nauwkeurig worden bestudeerd hoe een tweede
laserveld de vibraties beïnvloedt. De experimenten laten zien hoe een
intense laser de uitkomst van een chemisch proces kan sturen,
gebruikmakend van de pulskarakteristieken van de laser. Tegelijkertijd
is dat een waarschuwing voor onderzoekers die intense laservelden
gebruiken om de structuur en dynamica van moleculaire systemen te
bestuderen, aangezien de laser de resultaten dus kan beïnvloeden. De
resultaten zijn op 17 september gepubliceerd in het gerenommeerde
tijdschrift Physical Review Letters.
In het experiment worden attoseconde pulsen gebruikt
om een vibratie te starten om vervolgens het vibrerend molecuul aan
een tweede laserveld bloot te stellen. Een vibrerend molecuul in een
sterk laserveld gedraagt zich anders dan gebruikelijk: de vibraties
zijn trager en hebben minder energie. Door de eigenschappen en de
vertraging van het tweede laserveld te variëren wordt duidelijk hoe en
hoe snel het molecuul zich aanpast aan het laserveld. De onderzoekers
tonen aan dat de intense laser twee kanten kent. Enerzijds stelt de
intense laser de onderzoekers in staat om de wijze waarop het molecuul
onder invloed van het laserveld uit elkaar valt te onderzoeken,
anderzijds volgt hieruit ook de boodschap dat moleculen in sterke
stralingsvelden zich anders gedragen dan ze buiten een laserveld in
de vrije natuur doen.
Attoseconde lasers
De kortst mogelijke pulsduur van een laserveld is alsmaar korter
geworden sinds de eerste laserpulsen gemaakt werden. Het huidige
wereldrecord betreft pulsen van slechts 80 attoseconde (10-18 s) lang.
Hoge harmonische generatie maakt het mogelijk om zulke korte pulsen te
maken. Dit is een proces waarbij de frequentie van de laserpulsen vele
malen wordt verveelvoudigd, en dus de bijbehorende golflengte wordt
ingekort. Onderzoekers gebruiken deze pulsen vervolgens om processen
te bekijken die zo snel zijn dat langere pulsen dit niet meer 'scherp'
vast kunnen leggen. Vaak zijn dit processen waarbij
elektronenbewegingen een rol spelen. De eerste prototype experimenten
zijn inmiddels uitgevoerd in atomen en aan oppervlakken. In dit geval
laten Kelkensberg en zijn collega's zien dat attoseconde pulsen ook
bijzonder geschikt zijn om de vibraties van het snelste molecuul dat
er bestaat te bestuderen: waterstof.
Waterstof
Onderzoek naar het waterstofmolecuul in sterke laservelden heeft een
rijke historie. Veel van wat bekend is over hoe moleculen zich
gedragen in een sterk laserveld heeft zijn oorsprong in dit onderzoek.
Waterstof is het kleinste en simpelste moleculaire systeem dat er
bestaat (met maar twee atomen) en heeft daardoor het grote voordeel
dat gedetailleerde en exacte theoretische simulaties mogelijk zijn.
Dit in tegenstelling tot grotere en complexere moleculen waarvoor
alleen simulaties mogelijk zijn in bepaalde benaderingen. De
onderzoekers hebben ook hier exacte simulaties gebruikt om de
observaties te kunnen interpreteren.
Het experimentele onderzoek is een Europees samenwerkingsverband
tussen het FOM-instituut AMOLF, Lund University in Zweden en de
Politecnico Milano in Italië in het kader van een door de EU
gesubsidieerd trainingsprogramma waarin jonge onderzoekers worden
opgeleid. Het onderzoek is medegefinancierd door de Stichting voor
Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) en de Nederlandse Organisatie
voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO).
Referentie
Molecular Dissociative Ionization and Wave-Packet Dynamics Studied
Using Two-Color XUV and IR Pump-Probe Spectroscopy, F. Kelkensberg et.
al., Phys. Rev. Lett. 103, 123005 (2009)
http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=P
RLTAO000103000012123005000001&idtype=cvips&gifs=yes
Meer informatie
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
Marc Vrakking en Freek Kelkensberg, FOM-instituut AMOLF, telefoon
(020) 608 12 34
Gabby Zegers, Stichting FOM, telefoon (030) 600 12 08
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Gabby Zegers